Ученые повысили чувствительность датчиков магнитного поля с помощью предварительного обжига материала

Российские ученые на 40% повысили магнитоэлектрический коэффициент датчиков магнитного поля, который влияет на чувствительность этих устройств. Это поможет при разработке новых приборов, которые используются в биомедицине, где восприимчивость детекторов очень важна. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Communications Technology and Electronics.

Магнитоэлектрический эффект — это явление, которое позволяет управлять электрическими свойствами материала с помощью магнитного поля. Такой эффект наблюдается в слоистых структурах с сильными магнитоэлектрическими свойствами, такими как магнитострикционно-сегнетоэлектрические структуры на основе, например, титаната бария. Такие материалы могу изменять свою форму и объем под действием магнитного поля и обладать спонтанной поляризацией. Величина такого эффекта характеризуется магнитоэлектрическим коэффициентом.

Основное практическое применение материалов с магнитоэлектрическим эффектом — это высокочувствительные датчики магнитного поля, которые можно использовать в биомедицине и электротехнике. Необходимо повышать их чувствительность для улучшения результатов их работы. Известно, что повысить чувствительность материала можно при термической обработке.

Ученые из Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого выяснили, что при обжиге магнитострикционного материала при 350°С, повышается магнитоэлектрический эффект при его использовании. Чтобы найти оптимальную температуру, авторы исследовали образцы без обработки и обожженные при различных температурах: от 200°С до 500°С. Авторы выявили две температуры, а именно 350°С и 450°С, при которых материал повышает свой магнитоэлектрический коэффициент. В качестве наилучшей была выбрана температура 350°С, так как именно при ней достигается максимальное значение коэффициента и требуется меньше затрат на подготовку материала для изготовления датчика.
При нагревании кристаллическая решетка магнитострикционного материала становится более упорядоченной. Это улучшает его способность изменять форму и размер под действием магнитного поля. Авторы статьи определили, что при обжиге при 350°С магнитоэлектрический коэффициент увеличивается более чем на 40%. Это улучшает способность материала образовывать электрическое поле под действием магнитного, тем самым повышая чувствительность датчика, в котором находится такой материал.

«Цель нашей работы — показать, что термообработка позволяет повысить способность материала изменять размер или форму под действием магнитного поля. Улучшение таких характеристик ведет к увеличению магнитоэлектрического эффекта и повышению чувствительности магнитоэлектрических сенсоров различного типа: сенсоров магнитного поля, электрического тока и других. Это основной параметр всех сенсоров, который определяет возможность их применения в биомедицине, в электротехнике и других сферах», — рассказывает руководитель проекта Мирза Бичурин, заведующий кафедрой проектирования и технологии радиоаппаратуры Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого.

Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».