Các kết quả thu đƣợc từ lý thuyết áp dụng cho các hệ vật liệu tổ hợp nhƣ PZT/NFO, PZT/Terfenol – D, PZT/CFO và PZT/Permendur đã cho thấy những dự đoán đƣợc đƣa ra từ lý thuyết khá phù hợp với số liệu thực nghiệm thu đƣợc. Điều đó chứng minh tính đúng đắn của mô hình lý thuyết đã xây dựng để tính toán các tính chất điện – từ của vật liệu tổ hợp. Trên cơ sở đó chúng ta có thể chọn lựa các vật liệu thành phần, thiết kế cấu hình vật liệu tổ hợp cũng nhƣ điều khiển tại điều kiện thích hợp (về tần số,…) để thu đƣợc tính chất mong muốn.
Dƣới đây chúng tôi mở rộng việc áp dụng mô hình lý thuyết trên cho các hệ tổ hợp giữa các vật liệu từ giảo kể trên với vật liệu áp điện BaTiO3 (ký hiệu BTO). Các kết quả tính toán đƣợc trình bày trên các hình từ 3.26 đến 3.29.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 BTO/NFO
BTO Volume fraction
V /c m O e ) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 BTO/Ter-D
BTO Volume fraction
V /c m O e )
Hình 3.26. Sự phụ thuộc của hệ số điện - từ vào tỉ phần thể tích pha áp điện của hệ vật liệu BTO/NFO.
Hình 3.27. Sự phụ thuộc của hệ số điện - từ vào tỉ phần thể tích pha áp điện của hệ vật liệu BTO/Terfenol-D.
48 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 BTO/CFO
BTO Volume fraction
V /c m O e ) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 BTO/Per
BTO Volume fraction
V /c m O e )
Từ các kết quả sự phụ thuộc của hệ số điện – từ theo tỉ phần thể tích pha áp điện trong trƣờng hợp tần số thấp, chúng ta thấy hệ số điện – từ đều tăng khi hế số liên kết cơ tăng. Trong đó hệ BTO/Terfenol-D có hệ số điện từ đạt giá trị lớn nhất cỡ 1.8 V/come tại tỉ phần pha áp điện là 0.4.
Hình 3.28. Sự phụ thuộc của hệ số điện - từ vào tỉ phần thể tích pha áp điện của hệ vật liệu BTO/CFO.
Hình 3.29. Sự phụ thuộc của hệ số điện - từ vào tỉ phần thể tích pha áp điện của hệ vật liệu BTO/Permendur.
49
KẾT LUẬN
Đề tài “Một số tính toán về hiệu ứng điện từ trong hệ vật liệu tổ hợp chứa sắt điện cấu trúc micro-nano”, triển khai nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Công nghệ micro và nano, trƣờng ĐH Công nghệ, ĐHQGHN, đã đạt đƣợc những kết quả sau đây:
Xây dựng đƣợc mô hình tính toán hệ số điện - từ của vật liệu tổ hợp sắt điện – sắt từ trên cơ sở các phƣơng trình kết cấu.
Nghiên cứu sự phụ thuộc của hệ số điện - từ theo các thông số nhƣ tỉ phần thể tích của pha sắt điện, tần số từ trƣờng xoay chiều và cƣờng độ từ trƣờng một chiều.
So sánh các kết quả lý thuyết với một số kết quả thực nghiệm đã tiến hành trên các hệ vật liệu tổ hợp nhƣ PZT/NFO, PZT/Terfenol-D, PZT/CFO và PZT/Permendur, cho thấy sự phù hợp của mô hình tính toán.
Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số thông số nội của các vật liệu lên hệ số điện - từ của vật liệu tổ hợp.
Áp dụng kết quả tính toán thu đƣợc để dự đoán kết quả cho một số hệ vật liệu tổ hợp chƣa có kết quả thực nghiệm.
Một số hƣớng phát triển tiếp theo đang đƣợc nghiên cứu gồm: tính toán sự phụ thuộc các thông số đặc trƣng khác của hệ vật liệu tổ hợp vào các yếu tố bên ngoài nhƣ momen từ theo điện trƣờng ngoài và theo ứng suất, độ phân cực điện theo từ trƣờng ngoài và theo ứng suất, …
50
TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT
1. Lê Khắc Quynh, luận án thạc sĩ, trƣờng ĐH SPHN2, 2008
TIẾNG ANH
2. en.wikipedia.org/multiferroics
3. I.A.Luk’yanchuk, Daoud Mezzane (ed), Smart materials for energy, communication and security, Springer, 2007, 4-7
4. Ce-Wen Nana, M. I. Bichurin, Shuxiang Dong and D. Viehland, G. Srinivasan, Multiferroic magnetoelectric composites: Historical perspective, status, and future directions, J.Appl.Phys, Vol 103, (2008) 031101.
5. en.wikipedia.org/wiki/Perovskite
6. K.M. Rabe, C.H. Ahn, J.M. Triscone (Eds.), Physics of Ferroelectric, A modern perspective, Springer, 10
7. Williams D.Callister Jr, Materials Science and Engineering, An Introduction, 7th ed, Wiley & Sons, 712
8. A.J.Moulson, J.M.Herbert, Electroceramics Materials, Properties and Applications, Wiley & Sons, 73
9. A.Safari, R.K. Panda, V.F. Janas, Ferroelectric Ceramics: Processing, Properties, Application, Rutgers University, USA
10. Nellya N. Rogachewa, The theory of Piezoelectric shells and plates, CRC Press, 1994, 6
11. S.O. Reza Moheimani, Andrew J.Fleming, Piezoelectric Transducer for Vibration control and damping, Springer, 14
51
12. D.T. Huong Giang, N.H. Duc, Magnetoelectric sensor for microtesla magnetic- fields basedon (Fe80Co20)78Si12B10/PZT laminates, Sensors and Actuators A 149, 229–232 (2009)
13. A.Bayrashev, W. P. Robbins, B.Ziaie, Low frequency wireless powering of microsystem using piezoelectric – magnetostrictive laminate composite, Sensor and Actuator A 114 (2004) 244-249
14. M.I.Bichurin, V.M.Petrov, G.Srinivasan, Theory of low – frequency magnetoelectric effects in ferromagnetic – ferroelectric layered composites,
J.Appl.Phys. Vol.92, Num.12 (2002) 7681
15. V. M. Petrov, G. Srinivasan, M. I. Bichurin, T. A. Galkina, Theory of magnetoelectric effect for bending modes in magnetostrictive-piezoelectric bilayers, J.Appl.Phys, 105, 063911 (2009)
16. G.Srinivasan, C.P.DeVreugd, R.Hayes, M.I.Bichurin, V.M.Petrov,
Magnetoelectric effects in ferromagnetic/piezoelectric multilayer composites. 17. M.I.Bichurin, V.M.Petrov, Theory of low – frequency magnetoelectric coupling in magnetostrictive – piezoelectric bilayers, Phys.Rev. B 68, 054402
(2003)
18. M.I.Bichurin, V.M.Petrov, G.Srinivasan, Theory of low – frequency magnetoelectric effects in ferromagnetic – ferroelectric layered composites,
J.Appl.Phys. Vol.92, Num.12 (2002) 7681
19. M. I. Bichurin and V. M. Petrov, Theory of low-frequency magnetoelectric effects in ferromagnetic-ferroelectric layered composites, Journal of Applied Physics, Vol 92, Number 12
20. D.Wu, W.Gong, H.Deng, M.Li, Magnetoelectric composite ceramics of nickel ferrite and lead zirconate titanate via in situ processing, J.Phys.D, Appl Phys. 40 (2007) 5002
21. N.Cai, C.W. Nan, J.Zhai, Y.Lin, Large high-frequency magnetoelectric response in laminated composites of piezoelectric ceramics, rare-earth iron alloys and polymer, Appl.Phys.Lett 84 (2004) 3516
52
22. Zhou et al, Dielectric, magnetic, and magnetoelectric properties of laminated PbZr0.52Ti0.48O3 /CoFe2O4 composite ceramics, J. Appl. Phys. 100, 094106 (2006).
23. U. Laletsin et al, Frequency dependence of magnetoelectric interactions in layered structures of ferromagnetic alloys and piezoelectric oxides, Appl. Phys. A 78, 33–36 (2004)
24. C.Popov, H. Chang, P.M. Record, E. Abraham, R.W. Whatmore, Z. Huang,
Direct and converse magnetoelectric effect at resonant frequency in laminar piezoelectric-magnetostrictive composite, J.Electroceramics, 20 (2008) 53-58
25. G. Srinivasan, E. T. Rasmussen, J. Gallegos, R. Srinivasan, Yu. I. Bokhan, V. M. Laletin, Magnetoelectric bilayer and multilayer structures of magnetostrictive and piezoelectric oxides, Phys.Rev.B 64 214408
26. G.P.McKnight, G.P.Carman, Large Magnetostriction in Terfenol-D Particulate Composites with Preferred 112] Orientation, Proceedings of SPIE Vol. 4333 (2001) 178
27. J.G.Wan,J.M. Liu, H.L.W.Chand, C.L.Choy, G.H.Wang, C.W.Nan, Giant magnetoelectric effect of a hybrid of magnetostrictive and piezoelectric composites, J.Appl.Phys, Vol.93, Num.12 (2003) 9916