1.4. Выводы

Целью данной работы является исследование МЭ свойств однофазных и композиционных материалов, направленное на создание новых материалов с необходимой величиной МЭ взаимодействия для применения ихв устройствах функциональной электроники. Для решения этой важной научно-технической задачи проводится обобщение теоретических и экспериментальных исследований МЭ композитов, позволяющее предложить композиционные феррит-пьезоэлектрические материалы для использования в устройствах твердотельной электроники, разработать рекомендации по созданию новых МЭ материалов с сильным МЭ взаимодействием.

Одной из главных задач, вытекающих из сформулированной цели работы, является сравнительное изучение МЭ композитов с различными типами связности. Относительная легкость изготовления многослойных композитов может быть использована при создании МЭ материала с заданным типом связности. С другой стороны, композиты с типом связности 3-0 и 0-3 могут изготовляться в больших количествах с минимальным контролем процесса синтеза и связности композита.

Керамика ЦТС, титанат бария и PMN-PT являются наиболее подходящими пьезоэлектрическими материалами для использования в МЭ композитах благодаря их высоким пьезомодулям. В качестве пьезомагнитной фазы может быть использован любой материал, который имеет высокий пьезомагнитный модуль при относительно низком подмагничивающем поле. Так как магнитострикция присутствует во всех магнитных материалах, имеется большой выбор материалов, включая ферриты и ферромагнитные металлы.

Наличие теоретических моделей свойств композита является необходимым, чтобы интерпретировать экспериментальные результаты и понимать ограничения подхода. Известны теоретические оценки МЭ коэффициента по напряжению композита для последовательной и параллельных моделей композитов, а также для модифицированной кубической модели композита со связностью типа 3-0 [46, 49]. Однако, как уже упоминалось, МЭ коэффициент по напряжению вычислялся как отношение индуцированного электрического поля в пьезоэлектрической компоненте к магнитному полю, прикладываемому к магнитной компоненте a_E = ^pE/^mH. В действительности внутренние поля в компонентах композита могут значительно отличаться от внешних полей. Вследствие этого, в частности, формулы [46, 49] предсказывают максимум МЭ коэффициента по напряжению в чистой пьезомагнитной фазе (^pv=0), что не соответствует действительности. В данной работе представлены обобщенные модели композита на основе метода эффективной среды. Предложенные модели композита на основе точного решения позволяют определить эффективные параметры композита с типами связности 2-2, 3-0 и 0-3. При этом главное внимание уделяется МЭ параметрам: МЭ восприимчивости и МЭ коэффициенту по напряжению.

С целью увеличения МЭ констант до значений, требуемых для практических применений, в работе исследован МЭ эффект в области электромеханического и магнитоакустического резонансов в композиционных феррит-пьезоэлектрических материалах. Поскольку ответственными за МЭ взаимодействие в композиционных материалах являются стрикционные эффекты – пьезоэлектрический эффект и магнитострикция, то измерение МЭ эффекта в области электромеханического и магнитоакустического резонансов, очевидно, должно показать существенный рост эффективных МЭ коэффициентов. Исследование резонансной зависимости МЭ коэффициента по напряжению в области магнитоакустического резонанса должно привести к гигантским величинам МЭ параметров при совпадении частот электромеханического резонанса и однородной прецессии намагниченности ферритовой фазы. В данной работе приведены результаты детального исследования гигантского МЭ эффекта в многослойных и объемных композитах, изучена зависимость МЭ параметров от типа связности, геометрических параметров, структуры и концентраций компонентов композита.

Важной задачей работы является исследование процессов релаксации магнитоэлектрических параметров в широком диапазоне частот. В настоящее время измерения МЭ параметров различными исследователями проводятся на частотах 100 Гц – 1 кГц. При этом обоснование выбранных частот отсутствует. Однако наши исследования показали существенную зависимость МЭ эффекта от выбранного частотного диапазона, что связано с процессами релаксации. Одним из основных механизмов релаксации МЭ параметров композитов в дорезонансной области является максвелл-вагнеровская релаксация. В данной работе приведены результаты исследований параметров релаксации от типа связности, геометрии, структуры, параметров и концентраций компонентов композита. Исследование релаксационных характеристик МЭ эффекта позволяет определить частотный диапазон, в котором магнитоэлектрическая восприимчивость и магнитоэлектрический коэффициент по напряжению имеют максимальные значения, а также найти способы управления параметрами релаксации.

Задачей книги также является исследование МЭ эффекта в однофазных и композиционных материалах в области магнитного резонанса. Как уже упоминалось, впервые исследование МЭ эффекта в слоистых структурах феррит-пьезоэлектрик проведено авторским коллективом данной работы [80]. В представленной работе разработана феноменологическая теория, описывающая изменение спектра магнитного резонанса слоистого композита на основе пьезоэлектриков и ферритов во внешнем постоянном электрическом поле. Особый интерес представляет слоистая структура монокристаллический ЖИГ – монокристаллический PMN-PT. Малая ширина линии ФМР и большие значения пьезоэлектрических модулей позволяют ожидать значительный сдвиг частоты однородной прецессии намагниченности, достаточный для технических применений. Приложение к образцу композита на основе монокристаллических компонент внешнего электрического поля с частотой электромеханического резонанса приводит к гигантской величине сдвига линий ФМР.

В экспериментальном плане в монографии приведены результаты измерений МЭ коэффициентов в широком диапазоне частот.

Конечная цель книги состоит в том, чтобы изучить МЭ эффект в однофазных кристаллах и феррит-пьезоэлектрических композитах в широком диапазоне частот и на основе обобщения теоретических и экспериментальных исследований предложить материалы для практического применения, где использование МЭ композитов может дать преимущества по сравнению с существующими решениями, а также разработать рекомендации по созданию новых МЭ материалов с заданным МЭ взаимодействием.

предыдущий раздел | содержание

Поиск в журналах РАЕ:

Авторы Публикации