Tính chất từ-điện của vật liệu tổ hợp - Vật liệu tổ hợp với lớp từ giảo ở trạng thái vô định

Chương 3 VẬT LIỆU TỔ HỢP TỪ-ĐIỆN Terfecohan/PZT DẠNG MÀNG VỚI

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 từ-điện trên hệ vật liệu tổ hợp từ-điện Terfecohan/PZT và 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 số thế từ-điện vào từ trường xoay chiều và từ trường một chiều.

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 (VME) vào cường độ từ trường xoay chiều kích thích (h0) tại tần số cộng hưởng được thể hiện trong hình 3.10. Đồ thị

cho thấy thế từ-điện lối ra tăng tuyến tính theo cường độ từ trường xoay chiều.

Thế từ-điện lối ra lớn nhất đạt được giá trị VME = 592 μV khi từ trường xoay chiều có cường độ h0 = 0,1 Oe.

Hình 3.9: Sự phụ thuộc của hệ số thế từ-điện vào tần số từ trường xoay chiều

Hình 3.10: Sự phụ thuộc của thế từ-điện lối ra vào cường độ từ trường xoay chiều kích thích

Điều này được giải thích dựa theo công thức xác định thế từ-điện:

𝛼_𝐸 = 𝑉_𝑀𝐸/(𝑡. ℎ₀) (3.1) hay

𝑉_𝑀𝐸 = 𝛼_𝐸. 𝑡. ℎ₀ (3.2)

Như vậy, tại một từ trường xoay chiều cố định và từ trường xoay chiều kích thích có biên độ rất nhỏ (0,1 Oe) thì điện áp thay đổi hoàn toàn tuyến tính theo h0.

Sau khi tiến hành các khảo sát tần số cộng hưởng và cường độ từ trường xoay chiều kích thích, thực nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của hệ số thế từ-điện vào từ trường ngoài được thực hiện với cường độ từ trường xoay chiều kích thích là h0 = 0,1 Oe (giá trị từ trường lớn nhất mà nguồn phát xoay chiều có thể cung cấp) và tần số là f = 81,9 kHz (hình 3.11a).

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 αE = 6,3 mV/cm.Oe tại từ trường ngoài có giá trị HDC = 1 kOe. Khi từ trường tiếp tục tăng thì αE 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.

Hình 3.11: Sự phụ thuộc của hệ số thế từ-điện vào từ trường một chiều của cấu

trúc Terfecohan/PZT (a) và cấu trúc Terfecohan/thủy tinh/PZT (b)

Phép đo tương tự cũng được thực hiện trên hệ Terfecohan/Glass/PZT được thể hiện trên hình 3.11b. So với mẫu Terfecohan/PZT thì hệ số thế từ-điện

thu được trên mẫu này lớn hơn rất nhiều (αE = 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 cấu hình màng Terfecohan phún trực tiếp trên đế 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 đế áp điện quá lớn. Chính vì vậy, ứng suất trung bình dọc theo phương phân cực của tấm áp điện bị suy yếu hơn so với trường hợp Terfecohan/Glass có bề mặt nhẵn 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 tấm áp điện.

Hình 3.12: Ứng suất do màng Terfecohan tác dụng lên PZT trên thủy tinh (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 tấm 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.

Dalam dokumen Chế tạo và nghiên cứu vật liệu tổ hợp từ-điện với lớp từ giảo có cấu trúc nano và vô định hình dùng cho cảm biến từ trường micro-tesla (Halaman 77-81)