张硕 龙连春† 刘静毅 杨洋

1)(北京工业大学材料与制造学部,北京 100124)

2)(中国科学院物理研究所,北京 100190)

磁致伸缩材料在传感、控制及能量与信息转换等领域应用前景广阔,此类材料的性能提升及工程应用已成为研究热点,但材料在制备与使用中不可避免会出现缺陷.本文以常用的铁磁性材料铁单质为研究对象,采用分子动力学方法分别建立无缺陷、孔洞缺陷与裂纹缺陷的铁单质磁致伸缩结构模型,分析了缺陷形式对铁单质薄膜磁致伸缩行为的影响,并从微观原子磁矩角度解释缺陷对磁致伸缩行为的影响机理.结果表明:缺陷会对其周围的原子磁矩产生影响,从而影响铁单质薄膜磁致伸缩,其中孔洞形缺陷对磁致伸缩的影响较小,裂纹形缺陷对磁致伸缩的影响较大.裂纹的方向会影响铁单质薄膜的磁致伸缩,与磁化方向平行的裂纹会降低材料在磁化方向上由初始状态至磁化达到饱和的最大磁致伸缩量;与磁化方向垂直的裂纹会提高材料在磁化方向上由初始状态至磁化达到饱和的最大磁致伸缩量.

1 引言

性能优良且成本低廉的铁磁性材料广泛应用于各类工程中,其中磁致伸缩性能较好的材料在传感器、机械控制、线性马达、能量收集、能量转换、位移器件和水下声呐扫描等领域呈现出重要的应用价值及广阔的应用前景[1-3].磁致伸缩材料也常被用于制造多重铁性的磁电复合材料[4,5],而磁致伸缩效应的逆效……