Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В ПОРИСТЫХ ФЕРРИТ-ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОМПОЗИТАХ

Бичурин М.И., Петров В.М., Рябков О.В., Иванов А.А., Srinivasan G., Nan C.-W.

Феррит-пьезоэлектрические композиты проявляют магнитоэлектрические (МЭ) свойства. Эти свойства определяются механическими, магнитными и электрическими параметрами исходных компонент и их объемными долями. Объемные композиты отличаются от слоистых структур более высокой механической прочностью. В данной работе рассматривается влияние пористости объемного композита на МЭ эффект.

Исследуемый композит состоит из пьезоэлектрической и магнитострикционной подсистем, разделенных порами. Для нахождения эффективных параметров композита (пьезоэлектрический модуль, магнитострикционные коэффициенты, упругие податливости, МЭ коэффициент) используются уравнения эластостатики, электростатики и магнитостатики. Выражения для низкочастотных продольного и поперечного МЭ коэффициентов получены для образцов композитов, характеризующихся типами связности 3-0-0 и 0-3-0 [1].

Концентрационная зависимость МЭ коэффициентов определяется типом связности. Величина МЭ эффекта зависит от пористости образца. Известны результаты измерений МЭ коэффициентов для спеченных композитов с магнитострикционной компонентой CoFe2O4 или (Ni, Co) Fe2O4 и пьезоэлектрической компонентой BaTiO3 или ЦТС. Измеренный МЭ коэффициент по напряжению αЕ, равный отношению напряженности индуцированного электрического поля к напряженности приложенного магнитного поля, оказался по величине меньше, чем расчетное значение, вследствие (i) неполной поляризации пьезоэлектрической фазы из-за шунтирования пьезоэлектрической фазы низким сопротивлением магнитострикционной фазы; (ii) наличия ионов Fe2+ в ферритовой фазе, приводящего к увеличению тока утечки; (iii) появления микротрещин при термическом расширении из-за несоответствия между механическими свойствами двух фаз; (iv) пористости образца.

Современные технологии позволяют синтезировать композиты, не содержащие включений и химических неоднородностей. Использование метода горячего прессования при относительно низких температурах позволяет предотвратить образование ионов Fe2+ и получить образцы с высоким электрическим сопротивлением. Кроме того, имеется возможность контролировать параметры, определяющие МЭ взаимодействие, такие как начальная магнитная проницаемость и пьезомагнитные коэффициенты, зависящие от размера зерен и плотности.

Результаты проведенных исследований показали, что МЭ эффект в образцах, изготовленных горячим прессованием, сильнее, чем в спеченных композитах. В области электромеханического резонанса наблюдается существенное увеличение МЭ коэффициента. МЭ коэффициент по напряжению αЕ возрастает с возрастанием подмагничивающего поля до максимума, а затем резко падает. Максимум поперечного МЭ коэффициента наблюдается при величине подмагничивающего поля значительно меньшей, чем для продольного МЭ коэффициента, вследствие отсутствия размагничивающего поля для поперечной ориентации. Зависимость αЕ от величины подмагничивающего поля определяется зависимостью пьезомагнитного модуля q= δλ/δН, где λ - магнитострикционная деформация. Насыщение λ в высоких полях приводит к αЕ=0.

Сравнение αЕ для образцов, изготовленных различными методами, показывает, что образцы, изготовленные спеканием, имеют очень низкий αЕ=1-3 мВ/А. Это связано с низким удельным электрическим сопротивлением 104-106 Ом∙см и большим суммарным током утечки. Спекаемые образцы обладают высокой пористостью 15-25%. Комбинация низкого удельного сопротивления и высокой пористости приводит с снижению МЭ эффекта. У образцов, полученных горячим прессованием, МЭ коэффициент по напряжению достигает величины 45 мВ/А. Это связано с высоким удельным сопротивлением и низкой пористостью. Расчетные значения МЭ коэффициентов довольно хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Таким образом, в данной работе показано, что МЭ коэффициент по напряжению слабо зависит от пористости образца: при объемной доле пор 20 % величина МЭ коэффициента уменьшилась приблизительно на 17 %. Композиты, полученные методом горячего прессования, имеют значительно более сильный МЭ эффект, чем подобные композиты, изготовленные по традиционной технологии спекания. В области электромеханического резонанса наблюдается значительное усиление МЭ эффекта. Полученные результаты могут быть использованы при оптимизации технологических процессов изготовления феррит-пьезоэлектрических композитов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. V.M. Petrov, M.I. Bichurin, V.M. Laletin, N.N. Paddubnaya and G.Srinivasan. Modeling of Magnetoelectric effects in Ferromagnetic / piezoelectric Bulk Composites // Proc. Int. Conf. "Magnetoelectric Interaction Phenomena in Crystals" Eds. M. Fiebig et al. Kluver Acad Publ., 2004, p. 65-70.

Библиографическая ссылка

Бичурин М.И., Петров В.М., Рябков О.В., Иванов А.А., Srinivasan G., Nan C.-W. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В ПОРИСТЫХ ФЕРРИТ-ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОМПОЗИТАХ // Фундаментальные исследования. – 2005. – № 3. – С. 26-26;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=5829 (дата обращения: 14.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074