Магнитоэлектрический эффект в тороидальных структурах Metglas/PZT/Metglas

В статье проведено экспериментальное исследование магнитоэлектрического (МЭ) эффекта в композитных структурах с замкнутой геометрией в виде тороида. Экспериментальное исследование проводилось на основе магнитострикционно-пьезоэлектрических материалов Метглас (АМАГ-225) и ЦТС-19. Обнаружено, что значение выходного напряжения возрастает за счёт увеличения объёмной доли магнитострикционной фазы до определённого количества слоёв. Представлены экспериментально полученные зависимости выходного напряжения от частоты подаваемого сигнала при постоянных значениях тока. Также показано, что при увеличении количества слоёв Метгласа в структуре наблюдается сдвиг резонансной частоты. Основным преимуществом данной структуры является равномерное распределение магнитного потока и независимость этого распределения от положения провода с постоянным током в пределах отверстия. Исследуемая в статье магнитострикционно-пьезоэлектрическая структура открывает широкие возможности проектирования различных магнитоэлектронных систем, например, бесконтактных датчиков больших токов с беспроводной передачей данных.

1. Bichurin M. I., Viehland D. Magnetoelectricity in Composites. New York, CRC Press: Boca Raton, 2011. 270 p.

2. Kambale R. C., Jeong D.-Y., Ryu J. Current Status of Magnetoelectric Composite Thin/Thick Films // Advances in Condensed Matter Physics. 2012. 1687-1693. DOI: 10.1155/2012/824643

3. Fuentes-Cobas L. E., Matutes-Aquino J. A., Fuentes-Montero M. E. Handbook of Magnetic Materials. Vol. 19. Ed. H. J. K. Buschow., Amsterdam, Elsevier, 2011. 129 p.

4. Duc N. H., Huong Giang D. T. Multiferroic magneto-electrostrictive composites and applications // Advanced Magnetism and Magnetic Materials. Vol. 2: Aspects of magneto-electrostrictive materials and applications. 2015. P. 141-271.

5. Dong S. X., Li J. F., Viehland D. Voltage gain effect in a ring-type magnetoelectric laminate // Applied Physics Letterst. 2004. 84. 4188-4190. DOI: 10.1063/1.1756676

6. Dong S., Li J. F., Viehland D. A strong magnetoelectric voltage gain effect in magnetostrictive-piezoelectric composite // Applied Physics Letterst. 2004. 85. 3534-3536. DOI: 10.1063/1.1786631

7. Dong S. X., Bai J. G., Zhai G. Y., Li J. F., Lu G. Q., Viehland D., Zhang S. J., Shrou T. R. Circumferential-mode, quasi-ring-type, magnetoelectric laminate composite-a highly sensitive electric current and/or vortex magnetic field sensor // Applied Physics Letterst. 2005. 86. 182506. DOI: 10.1063/1.1923184

8. Huong Giang, D. T., Tam, H. A., Ngoc Khanh, V. T., Vinh N.T., Anh Tuan P., Van Tuan N., Thi Ngoc N., Duc N. H. Magnetoelectric Vortex Magnetic Field Sensors Based on the Metglas/PZT Laminates // Sensors. 2020. 20(10). 2810. DOI: 10.3390/s20102810

9. Evan M., John K., George N., Stephen V., James K. Determination of resonant frequency of a piezoelectric ring for generation of ultrasonic waves // Innovative Systems Design and Engineering. 2011. 2(4). 103-110.