Влияние формы на процессы перемагничивания магнитномягких материаловНИР

Influence of the shape on the processes of remagnetization of soft magnetic materials

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Влияние формы на процессы перемагничивания магнитномягких материалов
Результаты этапа: В соответствии с планом реализации проекта в отчетном 2022 году проведены следующие исследования: Характеризация образцов конусных микропроводов – для основных образцов проведен рентгеноструктурный анализ (рентгеноаморфность подтвеждена), получены данные о диаметрах микропроводов и толщины стеклянной оболочки с помощью сканирующей электронной микроскопии, уточнен состава и его однородности по длине образца, исследованы магнитные свойства. Конусность микропроводов оказалась порядка 1:100 000. Информация получена для 5 образцов с различными диаметрами конических оснований. Исследованы магнитостатические свойства образцов конических микропроводов с помощью вибрационной магнитометрии, получены данные об анизотропии магнитного отклика рассматриваемых образцов. Магнитостатические свойства конусных проводов обнаружили корреляцию вида петель гистерезиса со средней толщиной образца. При переходе от более тонких к более толстым микропроводам наблюдается увеличение диапазона поля в котором происходит процесс намагничивания образца до насыщения. Одновременно наблюдается изменение коэрцитивной силы и остаточной намагниченности. Получены предварительные данные об их импедансных свойствах. Типичные результаты приведены в полнотекстовом отчете. Характеризация образцов микроспиралей из аморфных микропроводов - подтверждение аморфности состояния с помощью рентгеноструктурного анализа, получены фотографии микропружин (определен диаметр и периода скрутки микропроводов) с помощью сканирующей электронной микроскопии, уточнен состав и его однородность по длине образцов, исследованы магнитные свойства. Информация получена для 6 образцов микроспиралей с различными диаметрами и периодами накрутки. Исследованы магнитостатические свойства образцов спиралей из аморфных микропроводов различных размеров с помощью вибрационной магнитометрии, получены данные об анизотропии магнитного отклика рассматриваемых образцов. Магнитостатические свойства ряда микроспиралей оказались изотропными - не зависящими от ориентации внешнего магнитно поля относительно оси микроспирали. Обнаружены особенности вида петель гистерезиса, связанные с двухэтапным процессом намагничивания. Получены предварительные данные об их импедансных свойствах. Типичные результаты приведены в полнотекстовом отчете. Изготовление образцов сэндвичных структур - на основе аморфных магнитных лент трех составов с толщинами 25-35 мкм изготовлены структуры с радиальным распределением тока с толщинами диэлектрической прослойки от 10 до 100 мкм, радиусами образцов 8, 10 и 12 мм. В ходе выполнения проекта совершенствовалась технология изготовления сэндвичных структур. Были апробированы различные синтетические клеи и диэлектрические прокладки для формирования резонансной полости в образце. Для формирования контактов, обеспечивающих замыкание радиальных структур были опробованы несколько методов: пайка серебряным припоем, использование электропроводящего клея, точечная сварка по периметру диска. окончательное решение быдет принято по результатам измерения импедансных свойств. Всего подготовлено 5 образцов с различными комбинациями параметров структур. При необходимости, отработка технологии изготовления сэндвичных структур будет продолжена на втором году проекта. В течение 2022 года делались попытки заказа изготовления сэндвичных структур методами напыления. К сожалению, все технологи отказались от изготовления подобных структур. Исследование импедансных характеристик сэндвичных структур - для двух образцов сэндвичных структур на основе аморфных лент с радиальным распределением тока проведены измерения импеданса в частотном диапазоне 50 Гц-6 ГГц. Обнаружены резонансные особенности в спектре ГМИ. В магнитных полях до ±100 Э проведены измерения магнитоимпеданса на ряде резонансных частот. Обнаружена полевая зависимость импеданса. Разработка теоретической модели сэндвичной структуры включала в себя два этапа. На первом этапе проводился расчет индуктивности ферромагнитного диска, возбуждаемого электрическим током с радиальным распределением (от центра диска к периферии). Следует отметить, что рассматриваемая система состоит из двух ферромагнитных проводящих дисков, каждый из которых имеет толщину d и радиус a, диски разделены слоем диэлектрика толщины t с диэлектрической проницаемостью e. Края дисков соединены таким образом, что ток текущий по радиусу верхнего диска наружу, на нижнем диске будет протекать симметрично к центру, вкладом контактов в индуктивность и сопротивление системы пренебрегали. К центру каждого диска системы подводятся провода, подключенные к источнику переменного тока. Площадью контакта между диском и проводом с возбуждающим током также пренебрегали при расчетах, так как она мала по сравнению с площадью поперечного сечения диска. Магнитную проницаемость диска μ считали скалярной величиной, не зависящей от частоты и, на первом этапе, напряженности магнитного поля. При сделанных допущениях было найдено распределение электромагнитных полей в дисках. Была использована цилиндрическая система координат. Предполагалось, что электромагнитные поля в диске не зависят от циркулярной координаты и циркулярная компонента электрического поля равна нулю. На втором этапе проводилась оценка резонансных условий системы из двух дисков с диэлектрической прослойкой. Показано, что резонансные частоты зависят от магнитной проницаемости материала дисков, а также от величины диэлектрической проницаемости материала изолятора. существенное влияние оказывает также и толщина диэлектрической прослойки. На третьем этапе проведено сравнение результатов теоретических расчетов с экспериментальными данными. Подробная информация приведена в полнотекстовом отчете. Разработка методики определения хиральности микроспиралей на основе аморфных микропроводов в высокочастотных электромагнитных полях. Проведенные исследования показали, что магнитоимпеданс микроспиралей проявляет асимметричную зависимость от направления внешнего магнитного поля. Данный факт указывает на хиральность микропружин. Подготовка публикаций по результатам исследования. Результаты исследований докладывались на международной конференции Soft magnetic materials (1-5 May, Grenoble, France) и школе молодых ученых SCIS (Калининград, Россия). К сожалению в 2022 году исполнителям не удалось оформить результаты исследований в виде журнальных публикаций в связи с тем, что шло написание и подготовка к защите магистерской диссертации "Магнитно-импедансные свойства аморфных материалов различной формы" (Шендрикова Л.А.) и кандидатской диссертации "Магнитная томография аморфных магнитных микропроводов" (Алехина Ю.А.). Ссылки на грант в диссертациях имеются. Подготовлен полнотекстовый отчет по гранту, содержащий основные экспериментальные данные и их описание. Проведена корректировка отдельных пунктов плана исследований на следующий год с учетом результатов, полученных при реализации первого этапа проекта.
2 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Влияние формы на процессы перемагничивания магнитномягких материалов
Результаты этапа: 1. Показано, что отжиги образцов конических проводов и микроспиралей приводят к сильной деформации образцов, поэтому их изучение признано нецелесообразным. 2. Получены полевые зависимости импеданса конических проводов с различной конусностью в частотном диапазоне 50 Гц-6 ГГц в магнитных полях до ±100 Э. Установлено, что конусность образца (1:10000) при его длине 1-2 см не влияет в пределах точности измерений на магнитоимпедансные параметры. В то же время для образцов, вырезанных из участков конусного провода на значительном расстоянии (>0.5 м), свойства заметно отличаются, но совпадают с результатами, полученными на образцах обычных цилиндрических микропроводов соответствующего состава. Проведен анализ влияние изменения плотности тока в микропроводе из-за его конусности на импедансные свойства. 3. Методом анализа кривых обратного намагничивания первого порядка исследованы системы параллельных отрезков аморфных микропроводов. Обнаружена возможность для выявления дефектов в структурах микропроводов. 4. Проведены сравнительные исследования магнитных и импедансных свойств образцов аморфного сплава на основе железа в различном виде: лента шириной 2 мм и толщиной 29 мкм, толстый провод (180 мкм) и тонкий провод в стеклянной оболочке (23 мкм для металлической жилы). Обнаружено существенное различие как магнитостатических, так и импедансных свойств. Обсуждается возможность использования исследованных материалов для изготовления датчиков различного типа. 5. Получены полевые зависимости импеданса микроспиралей из аморфных магнитных микропроводов с различными радиусами скручивания в диапазоне 1.5-3.5 мм в частотном диапазоне 50 Гц-6 ГГц в магнитных полях до ±100 Э. Обнаружена асимметрия полевых зависимостей импеданса, зависящая от параметров микроспиралей. Поиск возможностей возбуждения резонансных изменений импеданса, основанных на изменении межвитковой емкости микроспиралей оказался безрезультатным из-за плохой воспроизводимости данных. 6. Для сэндвичей с различными параметрами магнитных и диэлектрических слоев проведены измерения магнитного импеданса. Магнитные диски были вырезаны из аморфных лент двух составов с помощью лазерной резки с последующей склейкой структуры сэндвича. Диэлектрические прослойки использованы из материалов с различной диэлектрической проницаемостью и толщиной. На основе ранее разработанной теоретической модели проведено сравнение расчётных и экспериментальных результатов. 7. Апробирован макет испытательного стенда для анализа низкочастотных магнитных свойств аморфных микропроводов и лент, который показал принципиальную работоспособность, к сожалению, чувствительность оказалась недостаточна для проведения исследований. Планируется продолжение отладки стенда для проведения исследований в рамках текущих дипломных работ. 8. В ходе исследований обнаружено аномальное механическое поведение отрезков узких (до 1 мм шириной) аморфных лент в градиентных магнитных полях. Процесс деформации с изменением магнитного поля является ступенчатым – при определенных условиях форма ленты изменяется скачкообразно. Запланированы дальнейшие исследования обнаруженного эффекта. 9. Показано существенное влияние морфологии (неровности поверхности) аморфных пленок на их магнитные свойства. Обнаружено существенное изменение коэрцитивной силы пленок при изменении 1-5 процентов толщины профиля пленки. Представлены доклады на шести международных конференциях по магнетизму: Soft Magnetic materials Conference, 2-5 мая 2022 года, Гренобль, Франция (устный доклад); 10. Smart Composites International School (SCIS 2022)", 14-20 августа 2022, Калининград, Россия (устный доклад); XXVII Международный симпозиум "Нанофизика и наноэлектроника", Нижний Новгород, Russia, 13-16 марта 2023 (приглашенный доклад); Samarkand International Symposium on Magnetism SISM-2023, Samarkand, Узбекистан, July 2-7 июля 2023 (стендовый доклад); The 6th International Conference of Asian Union of Magnetics Societies (IcAUMS2023), Bali, Indonesia, 14-16 августа 2023 (устный доклад); IX Baikal International Conference “Magnetic Materials. New Technologies”, Baikalsk, Russia, 11-14 сентября 2023 (пленарный доклад). 11. Подготовлены семь статей, две из которых опубликованы в материалах конференций, одна вышла из печати, ещё четыре приняты к публикации и будут опубликованы в начале 2024 года. 12. Подготовлен итоговый отчет по гранту.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".