锰锌铁氧体-锆钛酸铅多铁性流体中磁化强度对磁电耦合效应的调控机制研究

为解决多铁性材料在生物医学应用中磁电耦合系数(αME)受限的问题，重庆科研团队通过固相法制备MnxZn1-xFe2O4-PbZr0.5Ti0.5O3多铁性流体，发现当x=0.75时获得最大极化强度变化率56.12%，耦合系数达11.49 V/(cm?Oe)，为优化磁电性能提供了新思路。

　　

在生物医学技术飞速发展的今天，高分辨率、多模态成像需求日益迫切。多铁性材料凭借其独特的磁电耦合效应（Magnetoelectric Coupling, ME），能同时响应电场和磁场，为医学影像技术带来革命性突破。然而，传统单相多铁性材料受限于低相变温度、弱ME效应等问题，而复合多铁性材料又面临界面效应制约。如何突破这些瓶颈，成为材料科学领域的重要挑战。

重庆科技大学的研究团队独辟蹊径，将目光投向多铁性流体这一新兴领域。他们选择具有高自发极化能的PbZr_0.5Ti_0.5O₃（PZT）作为铁电相，与磁性能可调的Mn_xZn_1-xFe₂O₄磁性颗粒复合，通过调控锰锌比例（x=0-1），系统研究磁化强度对ME效应的调控规律。这项创新性研究发表在《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》上，为开发高性能磁电功能材料提供了重要理论依据。

研究团队采用固相法合成Mn_xZn_1-xFe₂O₄颗粒，通过X射线衍射（XRD）和振动样品磁强计（VSM）表征其物相和磁性能；采用球磨法制备Mn_xZn_1-xFe₂O₄-PZT多铁性流体；利用铁电测试系统和阻抗分析仪测量其介电、铁电性能；在外加磁场下系统评估磁电耦合系数。

物理组成和微观形貌
XRD分析证实成功制备纯相Mn_xZn_1-xFe₂O₄和PZT颗粒，SEM显示颗粒呈0.5μm的类球形且轻微团聚。随着x增加，饱和磁化强度（M_s）从x=0时的45.21 emu/g增至x=1时的81.83 emu/g，证实通过组分调控可实现磁性能的精确控制。

磁电性能分析
介电性能测试显示，x=0.5时介电常数达最大值4.67；在磁场作用下，x=0.75样品表现出78.43%的介电常数变化率。铁电测试表明x=0.75时剩余极化强度（P_r）为8.11 nC/cm²，饱和极化强度（P_s）达15.84 nC/cm²。特别值得注意的是，x=0.5时剩余极化强度变化率最高（56.12%），对应耦合系数α_ME达11.49 V/(cm?Oe)，显著高于文献报道的固态复合材料。

这项研究揭示了多铁性流体中磁化强度与ME效应的非线性关系：适度磁化强度（x=0.5-0.75）能最优平衡磁电相互作用，过高的磁化强度（x=1）反而会因磁畴刚性增加而降低耦合效率。该发现为设计高性能磁电功能材料提供了新思路：通过精确调控磁性组分比例，可突破传统复合材料的界面限制，利用流体中颗粒旋转自由度增强ME效应。

从应用角度看，这种Mn_xZn_1-xFe₂O₄-PZT多铁性流体在医学影像、智能传感等领域展现出巨大潜力。其优异的磁电响应特性可提升成像设备的灵敏度和分辨率，而流体形态更便于微型化器件集成。研究团队提出的"组分-结构-性能"调控策略，为后续开发新型多功能智能材料提供了重要参考。