![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Предлагаемый проект, включает анализ связи температуры, особенностей морфологии и формыобразцов с высокочастотными свойствами и микромагнитной структурой магнитномягких сплавов различного типа, разработку модели такой связи, а также исследование геометрических, механических, магнитных характеристик различных элементов из этих сплавов, обладающих высоким уровнем механических и магнитных свойств. Кроме того, будут изучены высокочастотные свойства структур типа "пружина" с микронными размерами на основе микропроводов из аморфных магнитных сплавов . В результате реализации проекта ожидается разработка новых приложений на основе магнитномягких сплавов. Результаты проекта, как уже отмечалось, могут быть востребованы в микроэлектронике, приборостроении, медицине, индустрии микро- и наносистем и ряде других областей.
In recent years, more and more attention has been paid to the use of soft magnetic alloys, including amorphous ones, in microelectronics, instrumentation and medicine, due to the unique combination of their physical, mechanical, tribological, and corrosion properties, as well as the fact that a number of new alloys have high biocompatibility indicators (the ability of the material to be embedded in the patient's body without causing side clinical manifestations). Such alloys and elements based on them are actively used in composite structures, as well as for the manufacture of various sensors and actuators. At the same time, questions related to the influence of the geometry and morphology of elements made of soft magnetic alloys on their physical properties remain open. Currently, the most widely used magnetic amorphous micro-wires and tapes, as well as products made from them. These can be transformer cores, elements of micro-robotics, parts of composite converters, sensors, etc. It should be noted that the heterogeneity of the surface, natural and artificial defects, the ratio of the size of elements and external coatings, and a number of other parameters can dramatically affect the behavior of such elements. At the same time, a systematic analysis of the relationship between temperature and morphological features with high-frequency properties and their micromagnetic structure has not yet been carried out. The proposed project includes the analysis of the relationship of temperature, morphology and shape features with high-frequency properties and micromagnetic structure of soft magnetic alloys of various types, the development of a model of such a relationship, as well as the study of the geometric, mechanical, and magnetic characteristics of various elements of these alloys with a high level of mechanical and magnetic properties. In addition, the high-frequency properties of "spring" - type structures with micron dimensions based on micro-wires made of amorphous magnetic alloys will be studied . As a result of the project, it is expected to develop new applications based on soft magnetic alloys. The results of the project, as already mentioned, may be in demand in microelectronics, instrumentation, medicine, micro - and nanosystems industry, and a number of other areas.
В результате выполнения проекта: Ожидается получение информации о механизмах статического и динамического перемагничивания "конических" микропроводов, а также спиралей микронных размеров, изготовленных из микропроводов. Аналогов подобных исследований в мире нет, результат превосходит существующий мировой уровень. Будут получены данные о магнитной микроструктуре "толстых" и конических микропроводов. Результат соответствует мировому уровню исследований. Будет разработана теория импеданса планарных структур с радиальным распределением тока, проведена её экспериментальная проверка. Аналогов в мире нет, результат превосходит существующий мировой уровень. Будет оптимизирована методика получения морфологически различных, но подобных образцов из микропроводов (спирали с различным радиусом и шагом намотки), а также разработаны образцы датчиков и/или элементов микроробототехники из них. Результат соответствует мировому уровню исследований. Будут получены данные о магнитных и импедансных свойствах аморфных микропроводов и структур различного типа в диапазоне температур от 80 до 370К. Результат соответствует мировому уровню исследований. Результаты проекта, как уже отмечалось, могут быть востребованы в микроэлектронике, приборостроении, медицине, индустрии микро- и наносистем и ряде других областей.
Проведены систематические исследования структуры, механических и магнитных свойств быстрозакаленных сплавов, полученных различными методами закалки расплава. Имеются экспериментальные образцы аморфных проводов с коническим (переменным) диаметром и микропружин, свидетельствующие о реальной возможности достижения целей и решения поставленных задач в рамках предлагаемого проекта. Авторы проекта имеют длительный опыт совместной работы, о чем свидетельствует большое количество публикаций в соавторстве. Также авторы проекта имеют большой опыт магнитометрических и импедансных исследований в области аморфных магнитных материалов. Темы квалификационных выпускных работ студентов, участвующих в реализации проекта, соответствуют его тематике. Упомянутые результаты представлены в литературе, в частности, в примерах, приведенных ниже: 1. Tunable domain wall dynamics in amorphous ferromagnetic microwires / Chichay K., Rodionova V., Perov N., Gorshenkov M., Andreev N., Zhukova V., Ipatov M., Zhukov A. // Journal of Alloys and Compounds. - 2020. - Vol. 835. - pp.154843. 2. The stress components effect on the fe-based microwires magnetostatic and magnetostrictive properties / Rodionova V., Baraban I., Chichay K., Litvinova A., Perov N.// Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2017. - Vol. 422. - pp.216-220. 3. Tunable magnetic properties of glass-coated microwires by initial technical parameters / Rodionova V.V., Baraban I.A., Perov N.S., Panina L.V., Bazlov A.I. // IEEE Transactions on Magnetics. - 2018. - Vol. 54. № 11. - pp.8438530. 4. Komlev Aleksei S., Karpenkov Dmitriy Y., Kiselev Dmitry A., Ilina Tatiana S., Chirkova Alisa, Gimaev Radel R., Usami Takamasa, Taniyama Tomoyasu, Zverev Vladimir I., Perov Nikolai S., "Ferromagnetic phase nucleation and its growth evolution in FeRh thin films", Journal of Alloys and Compounds, 2021, том 874, с. 1-8 DOI http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.159924
грант РНФ |
# | 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. |
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".