Abstract Magnetoelectric materials incorporate both ferroelectric and ferromagnetic phases to induce giant magnetoelectric coupling effect, which is one of the most important features and absent in either ferromagnetic or ferroelectric materials alone. ME effects is achieved through elastic deformation between the ferromagnetic and ferroelectric phases. It also depends on the constituent phase properties, the volume concentration and the interfacial conditions. In this paper, we investigate the interfacial effects on the nonlinear ME response of the multiferroic composites consisting both ferromagnetic and ferroelectric through epoxy bonding by using a unified micromechanics model. First, the nonlinear coupling behaviors of each individual ferromagnetic or ferroelectric phase are studied by consideration of evolution of the microstructure due to domain switching. Then, the coated or bonded inclusions are treated as a two-phase composite and a homogenization approach is applied to obtain the equivalent properties of the homogenized coated inclusions. Finally, the micromechanics approach is applied again to investigate the overall effective coupling properties of the multiferroic composites consisting coated inclusions and matrix. With a focus on the Terfenol-D/PZT/Terfenol-D system, we demonstrate how its coupling coefficients α 33 , and voltage coefficient α E 33 depend on the interfacial bonding. Comparisons between the theoretical calculations and the existing experimental data agree well.

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界面键合对多铁性复合材料非线性磁电响应的影响

摘要 磁电材料结合了铁电相和铁磁相来诱导巨磁电耦合效应，这是最重要的特征之一，单独的铁磁或铁电材料都不存在。ME 效应是通过铁磁相和铁电相之间的弹性变形来实现的。它还取决于组成相的性质、体积浓度和界面条件。在本文中，我们使用统一的微观力学模型研究了界面对通过环氧树脂键合由铁磁和铁电组成的多铁性复合材料的非线性 ME 响应的影响。第一的，通过考虑由于畴切换引起的微观结构的演变，研究了每个单独的铁磁或铁电相的非线性耦合行为。然后，将包覆或结合的夹杂物作为两相复合物处理，并应用均质化方法以获得均质化的包覆夹杂物的等效性能。最后，再次应用微观力学方法来研究由涂层夹杂物和基体组成的多铁性复合材料的整体有效耦合性能。重点关注 Terfenol-D/PZT/Terfenol-D 系统，我们展示了其耦合系数 α 33 和电压系数 α E 33 如何取决于界面键合。理论计算与现有实验数据之间的比较非常吻合。包覆或结合的夹杂物被视为两相复合物，并采用均质化的方法来获得与均质化的包覆夹杂物的等效性能。最后，再次应用微观力学方法来研究由涂层夹杂物和基体组成的多铁性复合材料的整体有效耦合性能。重点关注 Terfenol-D/PZT/Terfenol-D 系统，我们展示了其耦合系数 α 33 和电压系数 α E 33 如何取决于界面键合。理论计算与现有实验数据之间的比较非常吻合。包覆或结合的夹杂物被视为两相复合物，并采用均质化的方法获得与均质化的包覆夹杂物相同的性能。最后，再次应用微观力学方法来研究由涂层夹杂物和基体组成的多铁性复合材料的整体有效耦合性能。重点关注 Terfenol-D/PZT/Terfenol-D 系统，我们展示了其耦合系数 α 33 和电压系数 α E 33 如何取决于界面键合。理论计算与现有实验数据之间的比较非常吻合。再次应用微观力学方法来研究由涂层夹杂物和基体组成的多铁性复合材料的整体有效耦合特性。重点关注 Terfenol-D/PZT/Terfenol-D 系统，我们展示了其耦合系数 α 33 和电压系数 α E 33 如何取决于界面键合。理论计算与现有实验数据之间的比较非常吻合。再次应用微观力学方法来研究由涂层夹杂物和基体组成的多铁性复合材料的整体有效耦合特性。重点关注 Terfenol-D/PZT/Terfenol-D 系统，我们展示了其耦合系数 α 33 和电压系数 α E 33 如何取决于界面键合。理论计算与现有实验数据之间的比较非常吻合。