本篇文章探讨了具有成分渐变铁氧体和压电体的回转器的磁电效应和功率转换效率。回转器作为一种电子器件,能够在电流和电压之间实现相位转换,对于能量转换和功率管理有着重要的应用。文章主要研究了利用镍锌铁氧体(NiZn ferrites)和铅锆钛酸铅(Lead Zirconate Titanate,PZT)构建的回转器,这些材料分别表现出磁致伸缩和压电特性,使得器件能够转换电磁信号。
文章中提到的“成分渐变铁氧体”指的是一种特殊的铁氧体材料,其内部成分不是均匀分布的,而是按照一定的渐变规律分布。这种渐变可以导致材料内部磁场和剩余磁化强度的差异,从而创建出所需内置场,减少所需的偏置磁场。铁氧体的成分可以表示为Ni1−xZnxFe2O4(其中0≤x≤0.3),其中锌(Zn)的浓度变化能够影响材料的磁性属性。
“压电体”是一种在机械应力下可以产生电荷,或者在施加电场时发生形变的材料。在这里,PZT作为主要的压电材料,因为它同时具有较高的机电转换效率和良好的温度稳定性,使得它在工业应用中非常受欢迎。
文章中的“回转器”(gyrator)是一种电子元件,它允许电流产生电压,反之亦然。它是一种非互易网络元件,在四端网络中,电流和电压的关系不是简单的线性关系。回转器通常用于模拟阻抗变换、电压控制和电流驱动电路中。
“磁电效应”(magnetoelectric effect)是指当外加磁场发生变化时,能产生电极化,或者当电场发生变化时,能产生磁化的一种现象。这篇文章中,主要关注的是由低频或谐振频率下的磁电相互作用导致的磁电效应,这种效应在能量转换和功率转换效率方面具有潜在的应用价值。
“功率转换效率”(power conversion efficiency,PE)衡量的是从输入到输出的能量转换效率,是研究电子器件性能的关键指标。文中提到,通过优化材料成分和设计参数,可以实现高达62.9%的功率转换效率,在负载为700Ω时。
研究中使用了不同的锌浓度、反转序列和体积比来表征回转器的磁电效应和功率转换效率。结果表明,在特定条件下,如在H=10Oe磁场强度下,体积比为0.5的PZT-NiFe2O4-Ni0.9Zn0.1Fe2O4复合材料中,可以实现高达62.9%的功率转换效率。即使在零偏置的情况下,通过内置场的贡献,也能实现高达60%的功率转换效率。这些结果表明具有成分渐变的回转器在电力电子、转换器和无线能量收集器等领域具有应用潜力,且不会增加设备体积,并且在磁机电效率上有适度提升。
本文深入研究了通过成分渐变铁氧体和压电体实现的低频/谐振磁电效应以及功率转换效率,提出了新的回转器设计方案,并在实验中验证了其高效能。这些研究成果对未来的能量转换技术具有重要的参考价值。