Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Testing and modeling of constant magnetic field cylindrical magnetoelectric sensors output characteristics

Kuczynski Karol, Bilski Piotr, Bilski Adrian, Szymanski Jerzy

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2023

|

Vol. 71, nr 1

art. no. e144583

EN

The paper presents the novel concept of the magnetoelectric sensor constructed using the amorphous glass ribbon. Its output characteristics (voltage pattern), conditions of work and experimental results are presented. The novel construction allows for minimizing the demagnetizing field in the core of the sensor and linearization of the characteristics between the magnetic field and obtained voltage. Conducted experiments were aimed at determining the sensor operation in the presence of the constant magnetic field (HDC). The main concern of the tests was to verify the linear dependency between the HDC value and the amplitude of the output voltage. Next, the computer model representing the sensor behavior in the constant magnetic field is described. The model implements the parameter identification task based on the regression algorithms. The presented work shows that the proposed device can be used to measure the weak magnetic field and the dependency between the output signal amplitudes and the constant component in the measured magnetic field is approximately linear. This enables measurements of even weak fields.

2

Magnetoelectric coupling measurement techniquesin multiferroic materials

Grotel Jakub

Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska

|

2021

|

T. 11, nr 1

10--14

EN

Magnetoelectric multiferroics are solid-state materials which exhibit a coupling between ferroelectric and magnetic orders. This phenomenon is known as the magnetoelectric (ME) effect. Multiferroic materials possess a wide range of potential applications in such fields as metrology, electronics, energy harvesting & conversion, and medicine. Multiferroic research is facing two main challenges. Firstly, scientists are continuously trying to obtain a material with sufficiently strong, room-temperature ME coupling that would enable its commercial application. Secondly, the measurement techniques used in multiferroic research are often problematic to implement in a laboratory setting and fail to yield reproducible results. The aim of the present work is to discuss three most commonly used methods in multiferroic studies; the lock-in technique, the Sawyer-Tower (S-T) circuit and dielectric constant measurements. The paper opens with a general description of multiferroics which is followed by mathematical representation of the ME effect. The main body deals with the description of the aforementioned measurement techniques. The article closes with a conclusion and outlook for future research.

PL

Magnetoelektryczne multiferroiki należą do grupy materiałów, które wykazują sprzężenie pomiędzy uprządkowaniem ferroelektrycznym a magnetycznym. Zjawisko to nosi nazwę sprzężenia magnetoelektrycznego (ME). Multiferroiki posiadają szereg potencjalnych zastosowań w takich dziedzinach jak metrologia, elektronika, pozyskiwanie i konwersja energii czy medycyna. Badania nad multiferroikami stoją przed dwoma głównymi wyzwaniami. Po pierwsze, naukowcy nieustannie próbują uzyskać materiał o wystarczająco silnym sprzężeniu ME w temperaturze pokojowej, który umożliwiłby jego komercyjne zastosowanie. Po drugie, techniki pomiarowe stosowane w badaniach multiferroików są często problematyczne we wdrażaniu ich w warunkach laboratoryjnych i nie umożliwiają otrzymania powtarzalnych wyników. Celem niniejszej pracy jest omówienie trzech najczęściej stosowanych metod w badaniach nad multiferroikami; techniki lock-in, mostka Sawyera-Towera (S-T) i pomiarów stałej dielektrycznej. Artykuł rozpoczyna się od ogólnego opisu multiferroików, po którym następuje matematyczne przedstawienie efektu ME. W głównej części omówiono wyżej wymienione techniki pomiarowe. Artykuł zamyka podsumowanie i perspektywy przyszłych badań.

3

Liniowy aktuator magnetoelektryczny

Guzdek P., Grzesiak W., Witek K., Zaraska K., Winiarska B.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2018

|

R. 94, nr 8

55--58

PL

W artykule przedstawiono realizację aktuatora w oparciu o kompozyty magnetoelektryczne. Element roboczy aktuatora wykonano w postaci kompozytu ceramicznego wykonanego w technologii Low Temperature Cofired Ceramic (LTCC) umieszczonego pomiędzy cewkami Helmholtza. W celu zwiększenia efektu magnetoelektrycznego kompozyt poddano procesowi polaryzacji elektrycznej w podwyższonej temperaturze. Spowodowało to prawie dwukrotny wzrost współczynnika magnetoelektrycznego. Wykazano, że w zakresie natężeń stałych pól magnetycznych do 2 kOe, wydłużenie elementu wykonawczego jest liniowe. Pole magnetyczne w tym przypadku można wykorzystać do sterowania wydłużeniem elementu wykonawczego aktuatora. Ponadto napięcie generowane na elektrodach elementu wykonawczego jest wprost proporcjonalne do wydłużenia w zakresie pól magnetycznych do 2 kOe.

EN

This paper presents the realization of linear actuator based on the magnetoelectric. The actuator was made as a multilayer ceramic composite using the LTCC technology and was placed between the Helmholtz coils. In order to increase magnetoelectric effect, the composite was electrically polarized at elevated temperature. Magnetoelectric coefficient of the polarized composite is two times higher than for composite without polarizing. It has been shown, that in the range of constant magnetic fields up to 2 kOe, the elongation of the actuator is linear. The magnetic field in this case can be used to control the elongation of the actuator. In addition, the voltage generated between the electrodes of the actuator is directly proportional to the magnetic field in range up to 2 kOe.

4

Czujnik magnetoelektryczny do pomiaru natężenia pola magnetycznego

Guzdek P., Grzesiak W., Zachariasz P., Kołaszczyński G., Smołka W., Wzorek M.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2017

|

R. 93, nr 8

9--12

PL

W artykule przedstawiono realizację czujnika natężenia stałego pola magnetycznego w oparciu o kompozyty magnetoelektryczne. Element czuły sensora wykonano w postaci kompozytu ceramicznego warstwowego wykonanego w technologii Low Temperature Cofired Ceramic (LTCC) umieszczonego pomiędzy cewkami Helmholtza. W celu zwiększenia efektu magnetoelektrycznego kompozyt poddano procesowi polaryzacji elektrycznej w podwyższonej temperaturze. Spowodowało to prawie dwukrotny wzrost współczynnika magnetoelektrycznego. Wykazano, że w zakresie natężeń stałych pól magnetycznych poniżej 800 Oe napięcie generowane przez czujnik jest liniowo zależne od natężenia stałego pola magnetycznego.

EN

This paper presents the implementation of sensor based on the magnetoelectric composites for measurements of magnetic field strength. The sensing element of the sensor was made as a multilayer ceramic composite using the LTCC technology and was placed between the Helmholtz coils. In order to increase magnetoelectric effect, the composite was electrically polarized at elevated temperature. Magnetoelectric coefficient of the polarized composite is two times higher than for composite without polarizing. It has been shown, that in the range of static magnetic fields below 800 Oe, the voltage generated by the sensor is linearly dependent on the strength of a constant magnetic field.

5

Właściwości magnetostrykcyjne kompozytów multiferroicznych

Guzdek P., Grzesiak W., Zachariasz P., Kołaszczyński G.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2016

|

R. 92, nr 9

29--32

PL

Magnetostrykcyjne materiały kompozytowe wykazujące efekt magnetoelektryczny (ME) są obecnie szeroko badane zarówno dla celów poznawczych jak i aplikacyjnych. Szczególny nacisk kładzie się na kompozyty zawierające fazę magnetostrykcyjną i ferroelektryczną, w których efekt magnetoelektryczny jest znacznie większy niż w materiałach jednofazowych. W opracowaniu przedstawiono warunki syntezy oraz właściwości magnetostrykcyjne i magnetoelektryczne kompozytów ceramicznych składających się z magnetycznych warstw ferrytu NiZnCuFe2O4 rozdzielonych warstwami ferroelektryka BaTiO3 . Kompozyt warstwowy posiada znacznie większą magnetostrykcję i prawie dwukrotnie większy współczynnik magnetoelektryczny od najlepszego kompozytu proszkowego. W porównaniu do kompozytów prezentowanych w literaturze badane materiały posiadają relatywnie wysokie współczynniki magnetoelektryczne co sprawia, że mogą być zastosowane w sensorach, aktuatorach i przetwornikach ultradźwiękowych.

EN

Magnetoelectric effect (ME) in magnetostrictive materials are intensively studied for his fundamental interest and his practical applications. The ME effect observed for single phase materials is usually small. Much larger effect can be obtained in composites consisting of two functional phases: magnetostrictive phase, in which a strain is produced by application of a magnetic field and piezoelectric phase, in which a change in electric polarization is produced by an applied stress. In this paper the synthesis, magnetostriction and magnetoelectric effect of bulk and multilayer composites consisting of ferroelectric (BaTiO3) and ferrite layers (NiZnCuFe2O4) was investigated. The magnetostriction and magnetoelectric coefficient of multilayer composite is markedly higher than that of bulk ceramic composite. Compared to other composites presented in literature, the presented materials possess relatively high magnetoelectric effect, and may be applied in sensors, actuators and ultrasonic transducers.

6

Zależność częstotliwościowa napięciowego współczynnika magnetoelektrycznego w ceramikach (BiFeO3)x-(BaTiO3)1-x

Pikula T., Kowal K., Guzdek P.

Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska

|

2015

|

nr 4

62--69

PL

Zależność właściwości magnetoelektrycznych od składu chemicznego w ceramikach (BiFeO3)x-(BaTiO3)1-x została w ostatnim czasie zaobserwowana i odnotowana w literaturze. Pomiary efektu magnetoelektrycznego (ME) w tych materiałach wykonywane były metodą dynamiczną. Próbki o x = 0,9, 0,8 i 0,7 umieszczano w stałym (DC) polu magnetycznym generowanym przez elektromagnes, na które nałożono zmienne (AC) pole magnetyczne o częstotliwości f = 1kHz wytwarzane przez cewki Helmholtza. W niniejszej pracy przedstawiono podstawy teoretyczne tego rodzaju pomiarów oraz wyznaczono optymalną częstotliwość pola AC, która minimalizuje procesy powodujące redukcję mierzonego sygnału napięciowego.

UK

Залежність магнітоелектричних властивостей від хімічного складу кераміки (BiFeO3)x-(BaTiO3)1-x цей факт був досліджений нещодавно і занотований в літературі. Вимірювання магнітоелектричного ефекту (ME) в цих матеріалах були виконані за допомогою динамічною методу. Зразки o x = 0,9, 0,8 i 0,7 розміщені в магнітному полі постійного струму (DC), що генерується електромагнітом, на який накладено змінне (AC) магнітне поле з частотою f = 1 кГц, утворюване катушками Гельмгольца. В цій статті показана теоретична основа цього виду вимірювання та визначена оптимальна частота поля АС, яка мінімалізує процеси, які зменшують вимірюваний сигнал напруги.

EN

Composition-dependent magnetoelectric properties of sintered (BiFeO3)x-(BaTiO3)1-x ceramics have been recently observed and reported in the literature. Measurements of the magnetoelectric effect (ME) for these materials have been performed by usage of the dynamic method. The samples with x = 0.9, 0.8 and 0.7 were placed in a static (DC) magnetic field created by an electromagnet on which a sinusoidal (AC) magnetic field with a frequency of 1 kHz produced by Helmholtz coils was superimposed. In this work the theory of the dynamic measurement was presented and the optimal frequency of the AC field was determined in order to minimize the processes causing undesired reduction of the measured voltage signal.

7

The Magnetoelectric Effect of a Ni0.3Zn0.62Cu0.08Fe2O4 - PbFe0.5Nb0.5O3 Multilayer Composite

Guzdek P., Sikora M., Góra Ł., Kapusta Cz.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 3

1011--1015

EN

The magnetoelectric effect in multiferroic materials has been widely studied for its fundamental interest and practical applications. The magnetoelectric effect observed for single phase materials like Cr2O3, BiFeO3, and Pb(Fe0.5Nb0.5)O3 is usually small. A much larger effect can be obtained in composites consisting of magnetostrictive and piezoelectric phases. This paper investigates the magnetoelectric effect of a multilayer (laminated) structure consisting of 6 nickel ferrite and 7 PFN relaxor layers. It describes the synthesis and tape casting process for Ni0.3Zn0.5Cu0.08Fe2O4 ferrite and relaxor PbFe0.5Nb0.5O3 (PFN). Magnetic hysteresis, ZFC - FC curves and dependencies of magnetization versus temperature for PFN relaxor and magnetoelectric composite were measured with a vibrating sample magnetometer (VSM) in an applied magnetic field up to 85 kOe at a temperature range of 10 – 400 K. Magnetoelectric effect at room temperature was investigated as a function of a static magnetic field (0.3 - 6.5 kOe) and the frequency of sinusoidal magnetic field (0.01 - 6.5 kHz). At lower magnetic field, the magnetoelectric coefficient increases slightly before reaching a maximum and then decreases. The magnetoelectric coefficient aME increases continuously as the frequency is raised, although this increase is less pronounced in the 1-6.5 kHz range. Maximum values of the magnetoelectric coefficient attained for the layered composites exceed about 50 mV/(Oe cm).

PL

Materiały kompozytowe wykazujące efekt magnetoelektryczny są obecnie szeroko badane zarówno dla celów poznawczych jak i aplikacyjnych. Szczególny nacisk kładzie się na kompozyty ferrytowo – relaksorowe, w których efekt magnetoelektryczny jest znacznie większy niż w materiałach jednofazowych. W opracowaniu przedstawiono technologię wytwarzania wielowarstwowego kompozytu ceramicznego składającego się z magnetycznych warstw ferrytu Ni0.3Zn0.62Cu0.08Fe2O4 rozdzielonych warstwami ferroelektryka PbFe0.5Nb0.5O3. Przedstawiono wyniki badań właściwości magnetycznych otrzymanego kompozytu. Badania te przeprowadzono przy użyciu magnetometru wibracyjnego w szerokim zakresie temperatur (10K- 400K) w polu magnetycznym dochodzącym do 85 kOe. Wykonano pomiary efektu magnetoelektrycznego w temperaturze pokojowej w zależności od częstotliwości zmiennego pola magnetycznego (0.01 - 6.5 kHz) oraz natężenia stałego pola magnetycznego (0.3 - 6.5 kOe). Współczynnik magnetoelektryczny najpierw rośnie, osiąga maksimum a następnie lekko maleje ze wzrostem natężenia stałego pola magnetycznego. Współczynnik magnetoelektryczny badanego kompozytu rośnie ze wzrostem częstotliwości sinusoidalnego zmiennego pola magnetycznego osiągając maksymalną wartość około 50 mV/(Oe cm).

8

Właściwości magnetoelektryczne roztworu stałego 0,5Bi0,95Dy0,05FeO3-0,5Pb(Fe2/3W1/3)O3

Stoch A., Stoch P., Kulawik J., Zieliński P., Maurin J.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 4

443-446

PL

Perowskity złożone oparte na kationie ołowiowym, domieszkowane Fe3+, jak Pb(Fe2/3W1/3)O3 (PWF), okazały się być interesujące ze względu na swoje unikalne zachowanie relaksorowe i magnetoelektryczne. PWF jest ferroelektrykiem z ferroelektryczną temperaturą Curie, TC, od 150 K do 200 K i jednocześnie jest antyferromagnetykiem z magnetyczną temperaturą Neela wynoszącą około 400 K. BiFeO3 jest dobrze znanym związkiem perowskitu, który wykazuje jednocześnie uporządkowanie ferroelektryczne (TC = 1110 K) i antyferromagnetyczne (TN = 610 K). Polikrystaliczną próbkę 0,5Bi0,95Dy0,05FeO3-0,5Pb(Fe2/3W1/3)O3 wytworzono, stosując standardowe procedury spiekania. Zmierzono zależność namagnesowania od pola magnetycznego (4,2 K). Otrzymano magnetoelektryczne właściwości próbki.

EN

Pb-based complex perovskites doped with Fe3+, like Pb(Fe2/3W1/3)O3 (PFW), were found to be interesting because of their unique relaxor and magnetoelectric behaviours. PFW is a ferroelectric material with the ferroelectric Curie temperature, TC, being between 150 K and 200 K, and at the same time it is an antiferromagnetic material with the magnetic Neel temperature of about 400 K. BiFeO3 is a well known perovskite compound which exhibits ferroelectric (TC = 1110 K) and antiferromagnetic (TN = 610 K) ordering simultaneously. A polycrystalline sample of 0.5Bi0.95Dy0.05FeO3-0.5Pb(Fe2/3W1/3)O3 was synthesized by using the standard sintering procedure. Magnetization vs. magnetic field (at 4.2 K) curves were determined. The magnetoelectric properties of the sample were obtained.

9

Transformator piezoelektryczny ze sprzężeniem magnetycznym

Kozielski L., Płońska M., Adamczyk M., Bućko M. M., Janik P.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 4

447-451

PL

Cyrkonian tytanian ołowiu i lantanu jest klasycznym materiałem ferro- i piezoelektrycznym. Wprowadzenie do jego struktury niewielkich ilości żelaza(III) w miejsce jonów lantanu powoduje pojawienie się efektu sprzężenia magnetoelektrycznego, którego wielkość wynika z odpowiednio dobranych proporcji wprowadzonej domieszki. Metodą bezpośredniej reakcji w ciele stałym uzyskano proszki, a następnie spieki materiałów o składach Pb0,91La0,09(Zr0,65Ti0,35)0,9775O3 (PLZT) oraz Pb0,91(La0,5Fe0,5)0,09(Zr0,65Ti0,35)0,9775O3 (PLFZT). Określono składy fazowe, mikrostrukturę, przenikalność elektryczną i straty dielektryczne obydwu materiałów. Z materiału PLFZT skonstruowano transformator piezoelektryczny, na którym określono wielkość sprzężenia magnetoelektrycznego oraz parametry przetwarzania wejściowego sygnału napięciowego funkcji natężenia zewnętrznego pola magnetycznego. Stwierdzono, że pomimo stosunkowo niewielkiej wartości sprzężenia uzyskano istotne wartości przesunięcia częstotliwościowego oraz spadek amplitudy napięcia wyjściowego w polu magnetycznym.

EN

Dense lead lantanium zirconate titanate (PLZT) ceramics is typically used for the fabrication of high power piezoelectric devices. The replacement of a small amount of lanthanium ions with iron(III) ones into the PLZT structure (PLFZT) leads to a multiferroic material with both piezoelectric and magnetic properties. Powders of Pb0.91La0.09(Zr0.65Ti0.35)0.9775O3 and Pb0.91(La0.5Fe0.5)0.09(Zr0.65Ti0.35)0.9775O3 were prepared by direct solid state reaction, and the phase composition, microstructure, dielectric permittivity and dielectric loss were determined for the sintered materials. The PLFZT material was used to construct a piezoelectric transformer with magnetic feedback, which converted an electrical a.c. input voltage into ultrasonic vibrations, and reconverted them back to an output as a.c. voltage proportionally to the magnetic field intensity. In despite of relatively low electromagnetic feedback, a substantial shift of voltage frequency and a voltage drop were observed in the magnetic field.

10

Możliwości zastosowania hybrydowego złącza magnetyk-piezoelektryk jako sensora pola magnetycznego

Kuczyński K.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2010

|

R. 86, nr 4

69-71

PL

W artykule przedstawiono wyniki eksperymentalne zastosowania efektu magnetoelektrycznego w hybrydowym złączu magnetykpiezoelektryk jako sensorze pola magnetycznego. Przedstawiono charakterystyki przetwarzania mierzonego pola magnetycznego na sygnał wyjściowy otrzymany ze złącza.

EN

The paper presents the results of experimental investigation of the magnetoelectric effect in the application hybrid magneto-piezoelectric junction as magnetic field sensor. The possibility of output voltage measurement of the sensor in the function of DC magnetic field HDC is also considered.

11

Ferroelektromagnetyczne jednofazowe materiały inteligentne

Surowiak Z., Bochenek D.

Materiały Ceramiczne

|

2007

|

R. 59, nr 4

128-142

PL

W artykule przedstawiono stan badań ceramicznych materiałów ferroelektromagnetycznych. Materiały te są równocześnie ferroelektrykami (antyferroelektrykami / ferrielektrykami) i ferromagnetykami (antyferromagnetykami / ferrimagnetykami) i jako takie należą do rodziny multiferroikowych materiałów inteligentnych. Są nimi niektóre związki chemiczne i roztwory stałe o różnych typach struktury krystalicznej, w tym: perowskity, bizmutowe tlenki o warstwowej strukturze, boracyty, heksagonalne manganity typu RMnO3, heksagonalne fluoryty typu Ba-MeF4 oraz niektóre związki o strukturze heksagonalnego BaTiO3. W wyniku sprzężenia elektrycznie i magnetycznie uporządkowanych podukładów ferroelektromagnetyki wykazują efekt magnetoelektryczny. Oznacza to, że ich spontaniczna polaryzacja i spontaniczne namagnesowanie mogą być zmieniane zarówno zewnętrznym polem elektrycznym jak i magnetycznym. Liczne zastosowania ferroelektromagnetyków obejmują różnego rodzaju sensory i przetworniki z magnetycznie modulowaną piezoelektrycznością i elektrycznie modulowaną magnetostrykcją.

EN

A review of the most important investigations of the ceramic ferroelectromagnetic materials are presented in this paper. Materials these are ferroelectrics (antiferroelectrics / ferrielectrics) and ferromagnetics (antiferromagnetics /ferrimagnetics) simultaneously and so they belong to family of the multiferroic smart materials. They belong to them some single-phase chemical compounds and solid state solutions with different types of structures, it in this: perovskites, bismuth layered structure oxides, boracites, hexagonal manganites of RMnO3 - type, hexagonal fluorites of BaMeF4 - type and certain compounds of hexagonal BaTiO3 - type. In result of magnetically and electrically ordered systems coupling, these materials can shows magnetoelectric effect. This determines that their spontaneous polarization and spontaneous magnetization may by modified by applying an external electric or magnetic fields. Specific device applications of ferroelectromagnetics include multiple state memory devices, sensors and transducers with magnetically modulated piezoelectricity or electrically modulated magnetostriction.