Перспективы применения магнитоэлектрического эффекта в многослойных структурах мультиферроиков

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Технические науки
57
2. Емелин И. В. Стандарт электронного обмена медицинскими изображениями DICOM // Компьютерные технологии в медицине. — 2003. — № 3. -С. 17−18.
3. Телемедицина. Новые информационные технологии на пороге XXI века / Под ред. проф. Р. М. Юсупова и проф. Р. И. Полонникова. — СПб.: 1998. -С. 12−13.
4. American College of Radiology, National Electrical Manufacturers Association, «ACR-NEMA Digital Imaging and Communications Standard: Version 2. 0», NEMA // Standards Publication No. 300−1988, Washington, DC, 1988. -С. 78−79.
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА В МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУРАХ МУЛЬТИФЕРРОИКОВ
© Хужаниёзов М. О. *
Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону
Статья рассматривает возможности реализации идеи для создания устройств преобразования рассеянной или регистрируемой энергии магнитного поля в электрическую энергию для обеспечения питанием отдельные элементы устройства — датчики, кнопки и т. д. Применяемый в одном из решении этой задачи магнитоэлектрический эффект, характерен для многослойных структур мультиферроиков — материалов, сочетающих в себе свойства нескольких классов веществ, что и позволяет считать их перспективными в дальнейшем развитии идей энергосбережения.
Ключевые слова магнитоэлектрический эффект, энергосбережение, мультиферроидные материалы, пьезоэлектрики, преобразование энергии.
Вопросы энергосбережения являются одними из самых востребованных на сегодняшний день для множества инженеров и ученых. Для некоторых видов устройств требуется не так уж много энергии, однако даже для них необходимо протяжка кабеля питания или аккумулятор достаточной емкости. А порой такие устройства установлены достаточно далеко или же в совершенно неудобных местах, что приводит к проблемам в случае обрыва кабеля питания или истощения емкости аккумулятора.
Таким образом, появляется более конкретная задача по обеспечению таких устройств питанием. Как правило, это маломощные устройства, по-
* Инженер отдела обслуживания медицинской техники МБУЗ КДЦ «Здоровье».
58
НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
требляющие небольшое количество энергии — датчики, кнопки, счетчики и т. д. Одним из путей решения такой задачи является использование в составе таких устройств материалов и технологий, способных к приему и преобразованию одного вида энергии в другой, для обеспечения питанием себя и сохранением этой энергии. Для применения таких идей требуется определенный класс веществ, отвечающий поставленной задаче в приеме и преобразовании энергии.
Основная идея, лежащая в применении таких материалов, представляется в использовании рассеянной энергии окружающей среды для работы таких материалов — различные механические колебания, изменения магнитного поля, солнечный свет, изменения температуры — возможности принимать и использовать все перечисленное для преобразования в электрическую энергию, которую можно тут же использовать или запасать. Активно используются лишь некоторые принципы и материалы, при этом перспективы использования новых материалов и методик все равно существуют. Создание больших и емких солнечных батарей доказывает, что получение и замещение электрической энергии от альтернативных источников все же позволит активно замещать обычные источники энергии на альтернативные. Но кроме солнечной энергии, как уже сказано выше, существует возможность использования и других видов энергии — пьезоэлектрики и магнитоэлектрические материалы также открывают перед нами возможности применения их в преобразовании энергии.
Один из возможных классов материалов — мультиферроики, совмещающие в себе свойства как ферромагнетиков, сегнетоэлектриков и сегнетоэла-стиков. То есть это материалы, способные к обладанию собственной намагниченности в отсутствии внешнего магнитного поля как ферромагнетики. Способные к спонтанной поляризации в определенном температурном диапазоне как сегнетоэлектрики, и способные к спонтанной деформации кристаллической решетки при изменении температуры как сегнетоэластики [1].
Применение таких материалов имеет широкие перспективы в разработке датчиков магнитного поля, методов сохранения данных, применяться в медицине, космической промышленности. Одним из направлений использования мультиферроиков может стать создание устройств, которые смогут восполнять требуемую для их функционирования энергию за счет преобразования регистрируемых сигналов или внешних воздействий в электрическую энергию. Для описанных выше свойств по преобразованию изменения намагниченности в появление электрической поляризации требуется наличие в материале ярко выраженного магнитоэлектрического эффекта. Магнитоэлектрический эффект не является настолько распространенным и реализуемым, нежели пьезоэффект. Магнитоэлектрический эффект являет собой наведение электрической поляризации магнитным полем или же наоборот -появление намагниченности от электрического поля [2].
Технические науки
59
ферромагнетик
I, | (]
ферроэластик
Рис. 1. Мультферроидные материалы совмещают в себе свойства трех разных классов материалов, проявляя те или иные свойства при различных условиях
Создаваемые в настоящее время мультиферроидные материалы представляют собой многослойные композиты, благодаря своей сложной структуре позволяющие комбинировать и добиваться большей величины магнитоэлектрического эффекта, по сравнению со старыми материалами. Определение параметров синтеза и распределения слоев, наиболее эффективно работающих для большего магнитоэлектрического эффекта — важная задача в моделировании новых мультиферроидных материалов.
В настоящее время ведутся разработки и поиск таких мультиферроиков -наравне с изучением уже известных соединений ведутся поиски новых материалов. Вот тут и появляется другая сложная задача по изучению материала -определение наиболее удобного и реализуемого метода исследования. Исходя из поставленных задач, в исследовании задаются и определяются теоретически возможные свойства моделируемого материала, что приводит к все более усложняемым моделям новых мультиферроиков. Некоторые полученные материалы, которые возможно использовать для создания многослойных структур с магнитоэлектрическим эффектом, представлены в табл. 1 [3].
Наиболее оптимальным в плане реализации и информативности полученного результата является метод конечных элементов. Моделирование возможно проводить с помощью различных программных средств, коих существует достаточное количество для работы с различными моделями и методами для описания материалов.
60
НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
Таблица 1
Материалы для многослойных структур
Слой Материал ^ 10−6 d13, пКл-H'-1 е р, 105 Ом-м
ФМ Ni-Zn феррит 25 — ~102 ~10'-
Co-Zn феррит 100 — ~102 ~107
Пермендюр 70 — - ~1
Терфенол-D 500 — - ~1
La манганит ~102 — - ~1 — 100
ПЭ PZT-керамика — 250−500 ~1700 ~IF
Ba-Sr титанат — 200−300 ~3Ч03 -1011
PMN-PT — 1700 О 1 О Ы012
Примечание: ^ - магнитострикция насыщения, d13 — пьезоэлектрический коэффициент, е -диэлектрическая проницаемость, р — удельное сопротивление на постоянном токе.
Очевидно одно из применений мультиферроиков для создания датчиков магнитного поля. С помощью кристаллов материала можно определят наличие поля, его величину, направление поляризации, при этом магнитное поле будет индуцировать в материале поле электрическое, которое можно использовать для питания цепи датчика. Конечно, нельзя говорить о полном самообеспечении электрической энергией датчика, но можно предполагать снижение потребляемой мощности всей системы, куда входит датчик и увеличение продолжительности работы системы от аккумулятора.
Таким образом, создание и моделирование новейших материалов с ярко выраженным магнитоэлектрическим эффектом, для применения их в разработке устройств, способных к регенерации некоторого количества энергии, требует большого внимания. Перспективы использования таких материалов и таких устройств позволят реализовать идеи по внедрению не требующих дополнительного питания датчиков, не обремененных лишними проводами устройств, систем новых устройств генерации энергии. Разнообразие получаемых материалов и большое количество возможного комбинирования их при синтезе многослойных структур позволяет предполагать о более широком применении магнитоэлектрического эффекта в промышленности, энергетике или повседневной жизни.
Список литературы:
1. Пятаков А. П. Магнитоэлектрические материалы и мультиферроики /
A. П. Пятаков, А. К. Звездин // Успехи физических наук. — 2012. — июнь, т. 182, № 6. — С. 593−620.
2. Веневцев Ю. Н. Сегнетомагнетики / Ю. Н. Веневцев, В. В. Гагулин,
B. Н. Любимов. — М.: «Наука», 1982. — 225 с.
3. Мультферроики [Электронный ресурс] / Воронежский Государственный университет, Физический факультет, кафедра «Экспериметальная физика». — Режим доступа: http: //www. phys. vsu. ru/exp/multFer. pdf (дата обращения: 18. 01. 16).

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой