3.1. Vật liệu tổ hợp với lớp từ giảo ở trạng thái vô định hình
3.1.3. Tính chất từ-điện của vật liệu tổ hợp
Phép đo tù-điện trên hệ vật liệu tổ hợp từ-điện Terfecohan/PZT va Terfecohan/Glass/PZT (sử dụng lớp từ giảo Terfecohan ngay sau khi chế tạo) được thực hiện bao gồm khảo sát tần số cộng hưởng của vật liệu, khảo sát sự phụ
thuộc của hệ sô thê tu-dién vào từ trường xoay chiêu và từ trường một chiêu.
Kết quả khảo sát sự phụ thuộc tần số từ trường xoay chiều của hiệu ứng
từ-điện trên vật liệu Terfecohan/PZT thu được kết quả trong hình 3.9. Kết quả
thực nghiệm cho thấy vật liệu cộng hưởng tại tần số f = 81,9 kHz. Giá trị này là phù hợp với kết quả tính toán lý thuyết về hiện tượng cộng hưởng sẽ được trình bày trong phần 4.3.3.a.
Sự phụ thuộc của thế từ-điện lối ra (Vue) vào cường độ từ trường xoay chiều kích thích (ho) tại tần số cộng hưởng được thé hiện trong hình 3.10. Đồ thi
58
cho thay thé từ-điện lối ra tăng tuyến tính theo cường độ từ trường xoay chiêu.
Thế từ-điện lối ra lớn nhất đạt được giá trị Vụ; = 592 wV khi từ trường xoay chiều có cường độ ho = 0,1 Oe.
[oz]o
og (mV/cm.Oe) +>o20
T r t T Sty
0 50 400 450 200 250
f (kHz)
Hình 3.9: Sự phụ thuộc của hệ số thé từ-điện vào tan số từ trưởng xoay chiêu
600 3
400 re
AVE (nV) 200 lai HỘ
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.40 họ (Oe)
Hình 3.10: Sự phụ thuộc của thé từ-điện lối ra vào cường độ từ trường xoay chiêu kích thích
Điều nay được giải thích dựa theo công thức xác định thé từ-điện:
ap = Vụpg/(t. hạ) (3.1)
hay
59
Vựp — Ag. t. ho (3.2)
Như vậy, tai một từ trường xoay chiều cố định va từ trường xoay chiều kích thích có biên độ rất nhỏ (0,1 Oe) thì điện áp thay đổi hoàn toàn tuyến tinh
theo họ.
Sau khi tiến hành các khảo sát tần số cộng hưởng và cường độ từ trường xoay chiéu kich thich, thuc nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của hệ số thé từ-điện vào từ trường ngoài được thực hiện với cường độ từ trường xoay chiều kích thích là ho = 0,1 Oe (giá trị từ trường lớn nhất mà nguồn phát xoay chiều có thể cung cấp) và tần số là ƒ= 81,9 kHz (hình 3.1 1a).
Kết quả đo đường cong từ-điện phụ thuộc vào từ trường một chiều đo tại tần số cộng hưởng của vật liệu cho thấy hệ số thế từ-điện trên vật liệu Terfecohan/PZT tăng rất nhanh trong vùng từ trường thấp và đạt giá trị lớn nhất
là og = 6,3 mV/cm.Oe tại từ trường ngoài có giá tri Hpc = 1 kOe. Khi từ trường
tiếp tục tăng thi ag suy giảm và có xu hướng tiến đến 0 ở từ trường đủ lớn.
Đường cong từ-điện cũng cho thấy hiện tượng trễ với Hc = 250 Oe là phù hợp với giá trị lực kháng từ thu được từ kết quả đo đường cong từ trễ trên hình 3.4a.
; T 200
5T (a)
5 — 100
3 8§ l E
= i> =
= >
B EWw
2 4 „ụ
-100 -6
+ T -200
-10000 -5000 0 5000 10000 -10000 -5000 0 5000 10000
H(Oe) H (Oe)
Hình 3.11: Sự phụ thuộc cua hệ số thé từ-điện vào từ trường một chiều của cầu trúc Terfecohan/PZT (a) và cau trúc Terfecohan/thủy tinh/PZT (b)
Phép đo tương tự cũng được thực hiện trên hệ Terfecohan/Glass/PZT
được thé hiện trên hình 3.11b. So với mẫu Terfecohan/PZT thì hệ số thế từ-điện
60
thu được trên mẫu này lớn hơn rất nhiều (az = 170 mV/cmOe) nhưng cần một từ trường khá lớn (~ 5 kOe) để đạt được giá trị này. Đường cong cũng không có
hiện tượng trễ giống như đường cong từ trễ trên hình 3.4b.
Như vậy, với cầu hình mang Terfecohan phún trực tiếp trên dé áp điện thì hiệu ứng từ-điện không được tăng cường như mong đợi khi so sánh với cấu hình Terfecohan/Glass/PZT nhưng bù lại màng cho tính chất từ đàn hồi với đáp ứng từ-điện trong vùng từ trường thấp nhanh hơn. Hiệu ứng từ-điện vẫn còn thấp có nguyên nhân là do ứng suất phân bố không đồng nhất trên toàn bộ màng bởi độ nhám bề mặt của đề áp điện quá lớn. Chính vì vậy, ứng suất trung bình đọc theo phương phân cực của tấm áp điện bị suy yếu hơn so với trường hợp Terfecohan/Glass có bề mặt nhăn hơn (xem minh họa hình 3.6). Mặc dù màng Terfecohan/PZT truyền ứng suất trực tiếp đến PZT thay vì truyền qua các lớp thủy tinh và lớp kết dính so với màng Terfecohan/Glass nhưng ứng suất hiệu dụng mà PZT nhận được lại nhỏ hơn, do đó hệ số thế từ-điện nhỏ hơn nhiều so với vật liệu Terfecohan/Glass kết dính với tắm áp điện.
(b) (a)
Hình 3.12: Ứng suất do màng Terfecohan tác dụng lên PZT trên thủy tỉnh (a) và
trên PZT (b)
Với các kết quả đo đạc và phân tích ở trên, tiếp cận theo hướng màng từ giảo phún trực tiếp trên đế áp điện chỉ có thể được cải thiện khi giảm độ nhám bề mặt của tam áp điện xuống kích thước nano hoặc sử dụng vật liệu áp điện dạng màng. Hướng nghiên cứu này sẽ tiếp tục được triển khai trong thời gian
tỚI.
61