施加机械振动及磁性变化时发生最大电压的 共鸣频率下随时间变化测量的开路电压（V。。)，正如预期，包含利用厚度方向取向为[011]、 横向取向为d32模式（长度方向：[100]，宽度方向：丨Ollj )的PMN-PZT单晶所制造的含 压电纤维的复合体而构成的实施例5的试片呈现出最高值的峰间电压（peak to peak voltage, Vp_p) 〇
[0142] 即使在较低磁场（lOe)与机械振动（30mG)下，实施例5、实施例6及比较例4全部 呈现出基于磁场或机械振动的数V的能量收集特性，同时施加振动与磁场时两种能量收集 重叠，从而呈现更加优异的能量收集特性。
[0143] 更具体地，如在显示输出电力密度的测量结果的图20中可确认的一样，所述输出 电力密度是针对实施例5、实施例6及比较例4所制造的磁电复合材料层合体单独施加磁场 或机械振动、或者同时施加磁场及机械振动时所生成的输出电力密度，如图14所示，虽然 凭借磁场生成的电力密度仅为1到数yW/0e 2cm3左右，但凭借振动刺激生成的电力密度则 达到数百uW/gcm3,两者之间的差异是较大的。亦即，凭借单一磁场刺激得到的电力密度非 常低，其相比于凭借振动得到的电力密度只有数百分之一。
[0144] 然而可确认到在振动刺激存在的状况下同时施加了非常微弱的磁场时，电力密度 相比于只有振动刺激存在的状况大约增加1. 4~2倍（在实施例6中从0. 337mW/cm3增加到 0. 575mW/cm3,在实施例5中从1. 274mW/cm3增加到1. 794mW/cm3,在比较例4中从0. 334mW/ cm3增加到0.624mW/cm3)。亦即，如本发明一样地构成磁电（ME)复合体时，在伴随着复合刺 激的状况下能量收集特性远优于施加单一刺激的情形。
[0145] 另外，图21是针对以实施例5-6及比较例4中所制造的磁电复合材料层合体作为 对象测量随着直流磁场（H d。）强度变化所导致的磁电电压系数（aj的变化的测量结果，根 据图21所示，实施例5中所制造的试片呈现出最大的磁电特性，更进一步，实施例5所制造 的试片含有比含压电纤维的复合体面积更大面积的磁致伸缩层（Ni板），从而得以在没有 施加直流磁场的状态下也能呈现出维持非常高的磁电特性值的自偏置磁电（Self biased ME)特性，这样一来不需要人为地施加直流磁场，从而使得元件系统变得简单化。
[0146]〈实骀例5>针对实施例9-12及比较例5所制诰的磁电复合材料层合体的能量撷 取特性讲行观察
[0147] 为了观察本申请专利的实施例9-12及比较例5所制造的磁电复合材料层合体的 交流磁场的能量撷取特性，利用如图22所示地设置的装置针对敷设在韩国国内的电力线 周边可能会发生的交流磁场（60Hz，1.6G)所致能量撷取特性进行观察。
[0148] 图22是示出本申请专利的实施例9-12及比较例5所制造的各个磁电复合材料 层合体在上述交流磁场下生成的交流电压波形的图形，正如可从上述实验例3的结果预测 者，本申请专利的实施例9所制造的磁电复合材料层合体凭借着横向压电特性（屯或g 32) 所呈现的较大的面内各向异性及使用整面电极而呈现出大约达到l〇Vp_ p的最高值的峰间电 压（peak to peak voltage, Vp_p) 〇
[0149] 图23是本申请专利的实施例9-12及比较例5所制造的各个磁电复合材料复合体 在上述交流磁场下生成的交流电压经过整流后充电到电容器（capacitor)的电压及电力 密度的测量结果，该测量结果是把负载电阻增加到200KD地测量的结果，如同图23所示 测量结果，本申请专利的实施例9所制造的磁电复合材料层合体利用横向压电特性（'或 g 32)所呈现的较大的面内各向异性及使用整面电极而呈现出最高电压及电力密度数值（相 比于比较例5提高了 1600% )。
[0150] 图24是示出利用本申请专利的实施例9所制造的磁电复合材料复合体所生成的 交流电力经过整流后充电到电容器（capacitor)的直流电力对商用高亮度LED进行亮灯实 验的结果照片，由此可知，把本发明的磁电复合材料复合体作为能量撷取装置使用时，足以 提供驱动基于USN的电力线远程监视系统的传感器时所需要的电力。
【主权项】
1. 一种含压电纤维的复合体，其特征在于， 包括：第一保护层，其一面形成有第一电极；第二保护层，其一面形成有第二电极；以 及压电纤维层，其插入于所述第一电极及第二电极之间，由沿着复合体的长度方向排列的 一个以上的压电纤维构成， 所述压电纤维由单晶压电材料构成，所述单晶的〈〇11>方向和复合体的厚度方向一 致，从而使得所述单晶的〈〇〇1>方向和复合体的长度方向一致。
2. 根据权利要求1所述的含压电纤维的复合体，其特征在于， 所述单晶压电材料具有钙钛矿结晶结构或复合钙钛矿结晶结构。
3. 根据权利要求2所述的含压电纤维的复合体，其特征在于， 具备所述复合钙钛矿结晶结构的单晶压电材料通过如下化学式1)或2)表示： 1. xPb (Al, A2,…，BI, B2,…）03+ (I-X) PbTi03 2. xPb (Al, A2,…，BI, B2,…）03+ (1-x) Pb (Zr, Ti) 03 (但是，所述化学式1)及2)中，X是摩尔分数，并且为0〈χ〈1，A1，A2,…是选自由Zn、 Mg、Ni、Lu、In及Sc所组成的群中的一个以上的元素，BI, B2,…是选自由Nb、Ta、Mo及W所 组成的群中的一个以上的元素）。
4. 根据权利要求2所述的含压电纤维的复合体，其特征在于， 具备所述复合钙钛矿结晶结构的单晶压电材料具有菱方晶系（Rhombohedral)结晶结 构。
5. 根据权利要求1所述的含压电纤维的复合体，其特征在于， 所述第一电极及第二电极是整面电极。
6. 根据权利要求1所述的含压电纤维的复合体，其特征在于， 所述第一电极及第二电极是指叉电极。
7. 根据权利要求1所述的含压电纤维的复合体，其特征在于， 所述第一保护层及第二保护层由聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二 醇酯或聚碳酸酯构成。
8. -种含压电纤维的复合体的制造方法，其为权利要求1到8之任一项所述含压电纤 维的复合体的制造方法，其特征在于， 包括下列步骤： 步骤（a)，在一面形成有第一电极的第一保护层的所述第一电极上接合压电单晶层，所 述压电单晶层由单晶压电材料构成，所述单晶的〈〇11>方向和厚度方向一致，从而使得所 述单晶的〈〇〇1>方向和复合体的长度方向一致； 步骤（b)，沿着长度方向切断所述压电单晶层，从而形成由一个以上的压电纤维构成的 压电纤维层； 步骤（c)，将第二保护层接合于压电纤维层上，以便使得一面形成有第二电极的第二保 护层的所述第二电极与所述压电纤维层相接；以及 步骤（d)，针对所述压电纤维进行极化。
9. 一种磁电复合材料层合体， 包括：权利要求1到7之任一项所述含压电纤维的复合体；以及磁致伸缩层，配备在所 述复合体的一面或两面，并且由磁致伸缩材料构成， 所述压电纤维由单晶压电材料构成，所述单晶的〈〇11>方向和所述复合体的厚度方向 一致，从而使得所述单晶的〈〇〇1>方向和复合体的长度方向一致。
10. 根据权利要求9所述的磁电复合材料层合体，其特征在于， 所述磁致伸缩材料是强磁性金属、铁氧体陶瓷、磁致伸缩合金或磁性形状记忆合金。
11. 根据权利要求10所述的磁电复合材料层合体，其特征在于， 所述强磁性金属是Ni或Fe。
12. 根据权利要求10所述的磁电复合材料层合体，其特征在于， 所述铁氧体陶瓷是 Fe304、NiFe204、MnFe204、（Ni, Zn)Fe204、（Mn, Zn)Fe204、CoFe204、 γ -Fe203或钡铁氧体。
13. 根据权利要求10所述的磁电复合材料层合体，其特征在于， 所述磁致伸缩合金是 Terfenol-D、Gafenol, Samfenol-D 或 Metglas, FeCoB 合金。
14. 根据权利要求9所述的磁电复合材料层合体，其特征在于， 还在磁电复合材料层合体的一侧端的上表面或下表面中的至少一处包括由永久磁铁 构成的质量块（proof mass)。
15. -种权利要求9所述的磁电复合材料层合体的制造方法，其特征在于， 包括下列步骤： 步骤（a)，准备由磁致伸缩材料构成的磁致伸缩层； 步骤（b)，准备含压电纤维的复合体，所述含压电纤维的复合体包含由单晶压电材料构 成并且所述单晶的〈〇11>方向和复合体的厚度方向一致从而使得所述单晶的〈〇〇1>方向和 复合体的长度方向一致的压电纤维； 步骤（c)，针对所述压电纤维进行极化；及 步骤（d)，在所述含压电纤维的复合体的一面或两面对所述磁致伸缩层进行层合。
【专利摘要】本发明涉及一种含压电(piezoelectric)纤维的复合体及包含该复合体的磁电复合材料层合体，该复合体包括：第一保护层，其一面形成有第一电极；第二保护层，其一面形成有第二电极；及压电纤维层，介于上述第一电极及第二电极之间，由以复合体的长度方向排列的一个以上的压电纤维构成；上述压电纤维由单晶压电材料构成并且上述单晶的<011>方向和复合体的厚度方向一致而上述单晶的<001>方向则和复合体的长度方向一致。
【IPC分类】H01L43-10, H01L41-18, H01L41-33, H01L43-12, H01L41-083
【公开号】CN104835907
【申请号】CN201510041458
【发明人】柳政湖, 朴燑洙, 尹云夏
【申请人】韩国机械与材料研究院
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年1月27日
【公告号】EP2899765A1, US20150236242