Hiệu ứng Từ Điện trong Các Hợp Chất Vật Liệu Từ Kích Thích và Áp Điện

Journal of Electroceramics - 2002
Jungho Ryu1, Shashank Priya1, Kenji Uchino1, Hyoun-Ee Kim2
1International Center for Actuators and Transducers, Materials Research Institute, Pennsylvania State University, University Park, USA
2School of Materials Science and Engineering, Seoul National University, Seoul, Korea

Tóm tắt

Trong vài thập kỷ qua, đã có nhiều nghiên cứu sâu rộng về hiệu ứng từ điện (ME) trong các vật liệu đơn pha và hợp chất. Sự phân cực điện của một vật liệu dưới từ trường hoặc sự từ hóa do điện trường gây ra yêu cầu sự hiện diện đồng thời của sự sắp xếp từ xa của các mô men từ và các đôi điện. Các vật liệu đơn pha gặp phải nhược điểm là hiệu ứng ME yếu đi nhiều, ngay cả ở nhiệt độ thấp, hạn chế tính khả thi của chúng trong các thiết bị thực tế. Những lựa chọn tốt hơn là các hợp chất ME có hệ số điện áp ME lớn. Các hợp chất này tận dụng tính chất sản phẩm của các vật liệu. Hiệu ứng ME có thể được hiện thực hóa bằng cách sử dụng các hợp chất gồm các pha áp điện và từ kích thích riêng lẻ hoặc các pha từ kích thích và áp điện riêng lẻ. Trong vài năm qua, nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã thực hiện nhiều nghiên cứu về vật liệu ME cho các ứng dụng cảm biến trường từ và các đầu đo dòng cho các hệ thống truyền tải điện công suất cao. Trong bài viết tổng quan này, chúng tôi chủ yếu nhấn mạnh các nghiên cứu về các hợp chất ME dạng hạt và hợp chất laminate, đồng thời tóm tắt những kết quả quan trọng. Dữ liệu được báo cáo trong tài liệu cũng được so sánh để đảm bảo rõ ràng. Dựa trên các kết quả này, chúng tôi xác lập thực tế rằng các hợp chất laminate từ điện (MLCs) làm từ vật liệu từ kích thích khổng lồ, Terfenol-D, và các tinh thể áp điện dựa trên relaxor thì vượt trội hơn hẳn các ứng viên khác. Hệ số điện áp ME lớn trong MLCs đạt được nhờ vào hệ số điện áp áp điện cao của các tinh thể áp điện và độ đàn hồi lớn. Ngoài ra, tỷ lệ độ dày tối ưu giữa các pha áp điện và từ kích thích cùng với hướng của hiện tượng từ kích thích cũng ảnh hưởng đến độ lớn của hệ số ME.

Từ khóa

#Hiệu ứng từ điện #vật liệu từ kích thích #vật liệu áp điện #hợp chất ME #cảm biến trường từ

Tài liệu tham khảo

P. Curie, J. Physique 3e series, 3, 393 (1894).

L.D. Landau and E. Lifshitz, Electrodynamics of Continuous Media (Addison-Wesley: Translation of a Russian edition of 1958), (1960).

I.E. Dzyaloshinskii, Sov. Phys.—JETP, 37, 628 (1960).

D.N. Astrov, Sov. Phys.—JETP, 11, 708 (1960).

G.T. Rado and V.J. Folen, Phys. Rev. Lett., 7, 310 (1961).

H. Schmid, Bull. Mater. Sci., 17, 1411 (1994).

G. Smolenskii and V.A. Ioffe, Colloque International du Magnetisme, Communication No. 71 (1958).

D.N. Astrov, B.I. Al'shin, R.V. Zhorin, and L.A. Drobyshev, Sov. Phys.—JETP, 28, 1123 (1968).

T.H. O'Dell, Electronics and Power, 11, 266 (1965).

D.N. Astrov, Soviet Phys.—JETP, 13, 729 (1961).

R.M. Hornreich, Sol. State Comm., 7, 1081 (1969).

R.M. Hornreich, J. Appl. Phys., 41, 950 (1970).

E. Fischer, G. Gorodetsky, and R.M. Hornreich, Sol. State Comm., 10, 1127 (1972).

V.J. Folen, G.T. Rado, and E.W. Stalder, Phys. Rev. Lett., 6, 607 (1961).

S. Foner and M. Hanabusa, J. Appl. Phys., 34, 1246 (1963).

L.M. Holmes, L.G. van Uitert, and G.W. Hull, Sol. State Comm., 9, 1373 (1971).

R.M. Hornreich, IEEE Trans. Magn., MAG-8, 582 (1972).

R.M. Hornreich, in Proc. of Symposium on Magnetoelectric Interaction Phenomena in Crystals, Seattle, May 21–24, 1973, edited by A. Freeman and A. Schmid (Gordon and Breach Science Publishers, New York, 1975), p. 211.

R.M. Hornreich and S. Shtrikman, Phys. Rev., 161, 506 (1967).

T.J. Martin and J.C. Anderson, Phys. Lett., 11, 109 (1964).

T.J. Martin and J.C. Anderson, IEEE Trans. Magn.,MAG-2, 446 (1966).

M. Mercier, in Proc. of Symposium on Magnetoelectric Interaction Phenomena in Crystals, Seattle, May 21–24, 1973, edited by A. Freeman and A. Schmid (Gordon and Breach Science Publishers, New York, 1975), p. 99.

S. Alexander and S. Shtrikman, Sol. State Comm., 4, 115 (1966).

R.M. Hornreich, IEEE Trans. Magn., MAG-8, 582 (1972).

R. M. Hornreich and S. Shtrikman, Phys. Rev., 161, 506 (1967).

G.A. Smolenskii and I.E. Chupis, Problems in Solid State Physics (Mir Publishers, Moscow, 1984).

I.H. Ismailzade, V.I. Nesternko, F.A. Mirishli, and P.G. Rustamov, Phys. Status Solidi, 57, 99 (1980).

R.S. Singh, T. Bhimasankaram, G.S. Kumar, and S.V. Suryanarayana, Solid State Comm., 91, 567 (1994).

J. Van Suchetelene, Philips Res. Rep., 27, 28 (1972).

J. van den Boomgaard and R.A.J. Born, J. Mater. Sci., 13, 1538 (1978).

J. van den Boomgaard, A.M.J.G. Van Run, and J. Van Suchetelene, Ferroelectrics, 10, 295 (1976).

J. van den Boomgaard, D.R. Terrell, R.A.J. Born, and H.F.J.I. Giller, J. Mater. Sci., 9, 1705 (1974).

A.M.J.G. Van Run, D.R. Terrell, and J.H. Scholing, J. Mater. Sci., 9, 1710 (1974).

T.G. Lupeiko, I.V. Lisnevskaya, M.D. Chkheidze, and B.I. Zvyagintsev, Inorg. Mater., 31, 1139 (1995).

T.G. Lupeiko, I.B. Lopatina, S.S. Lopatin, and I.P. Getman, Neorg. Mater., 27, 2394 (1991).

T.G. Lupeiko, I.B. Lopatina, I.V. Kozyrev, and L.A. Derbaremdiker, Neorg. Mater., 28, 632 (1991).

Yu. I. Bokhan and V.M. Laletin, Inorg. Mater., 32, 634 (1996).

T.G. Lupeiko, S.S. Lopatin, I.V. Lisnevskaya, and B.I. Zvyagintsev, Inorg. Mater. 30, 1353 (1994).

R.E. Newnham, Ferroelectrics, 68(1/4) 1 (1986).

K. Uchino, Ferroelectric Devices (Marcel Dekker, NewYork, 2000), p. 255.

J. Ryu, S. Priya, K. Uchino, H.-E. Kim, and D. Viehland, J. Am. Ceram. Soc. (2002).

J. Ryu, Ph.D Thesis, Seoul National University, Seoul, Korea, Aug. 2001.

I. Bunget and V. Reatchi, Phys. Stat. Sol., 63, K55 (1981).

A.S. Zubkov, Elektrichestvo, 10, 77 (1978).

G. Harshe, J.P. Dougherty, and R.E. Newnham, Int. J. Appl. Electromagnetics in Mat., 4, 161 (1993)

J. Ryu, A. Vázquez Carazo, K. Uchino, and H.-E. Kim, J. Electroceramics, 7, 17 (2001).

C.A. Randall, N. Kim, J.-P. Kucera, W. Cao, and T.R. Shrout, J. Am. Ceram. Soc., 81, 677 (1998).

A. Vaázquez Carazo, Ph.D Thesis, Universidad Politècnica do Catalunya, Spain, April 2000.

B.D.H. Tellegen, Philips Res. Rep., 3, 81 (1948).

H.W. Katz, Solid State Magnetic and Dielectric Devices (John Wiley and Sons, New York, 1959), p. 172.

V.E. Wood and A.E. Austin, in Proc. of Symposium on Magnetoelectric Interaction Phenomena in Crystals, Seattle, May 21–24, 1973, edited by A. Freeman and A. Schmid (Gordon and Breach Science Publishers, New York, 1975), p. 181.

J. Ryu, A. Vaázquez Carazo, K. Uchino, and H.-E. Kim, Jpn. J. Appl. Phys., 40, 4948 (2001).

J. Ryu, S. Priya, A. Vaázquez Carazo, K. Uchino, and H.-E. Kim, J. Am. Ceram. Soc., 84, 2905 (2001).

A.V. Virkar, J.L. Huang, and R.A. Cutler, J. Am. Ceram. Soc., 70, 164 (1987).

G. Engdahl, Handbook of Giant Magnetostrictive Materials (Academic Press, San Diego, CA, 2000), p. 127.

G. Engdahl, Handbook of Giant Magnetostrictive Materials (Academic Press, San Diego, CA, 2000), p. 175.

J. Kuwata, K. Uchino, and S. Nomura, Ferroelectrics, 37, 579 (1981).

J. Kuwata, K. Uchino, and S. Nomura, Jpn. J. Appl. Phys., 21, 1298 (1982).

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Electroceramics

Thông tin tác giả