Диссертация (1098006), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Токовые шины, которые будут располагатьсяпо обе стороны от композитного образца, затем распаиваются на его торцах, так чтобыобразоватьпоследовательноесоединениепроволок.Дляуменьшенияобщегосопротивления можно применять медные проволоки большего диаметра. При этом,критическим параметром планарной катушки является, конечно, не ток, а рассеиваемаяею мощность. Потребляя вполне «бытовую мощность» (от 100 до 1000 Ватт), планарныекатушкимогутпокрыватьоченьбольшиеплощади,чтоделаетихвесьмапривлекательными с точки зрения практического использования в управляемыхкомпозитах.Стресс-чувствительныекомпозитыпредполагаетсяиспользоватьдлявизуализации стресса в микроволновом диапазоне [351]. Для этого необходимо развитьметод сканирующего контрастирования по принципу, схематически показанному наРисунке 6.26.Рисунок 6.26. Демонстрация метода контрастного сканирования на ГГц частотахдля определения пространственного распределения механических напряжений.До сих пор нет методов, которые позволяли бы непосредственно диагностироватькачество адгезии между волоконным наполнителем и матрицей в механических245композитах [319-320].
Между тем, такой метод чрезвычайно востребован дляоптимизации прочностных характеристик композитов и выбора подходящей матрицы.Используястресс-чувствительныемикро-антенны,мыполучаемуникальнуювозможность анализа на микроскопическом уровне не только адгезии, но и процессовэластической деформации внутри материала.Единичные стресс-чувствительные проволочные включения можно использоватьв качестве управляемых микро-антенн для дистанционного контроля стресса, например,в протезах, как показано на Рисунке 6.27.Уже есть коммерческий интерес кисследованиям такого рода.Рисунок 6.27. Применение микропроводов, обладающих МИ на ГГц частотах, вкачестве встраиваемых чувствительных элементов в медицинской области.Проволоки с геликоидальной анизотропией могут быть использованы длясоздания чиральных композитов[351-352]. Эта тема еще очень мало разработана инуждается в серьезных исследованиях.
Если взглянуть на обобщенное антенноеуравнение, которое описывает индуцированную плотность тока () на короткомпроволочном включении, то мы обнаружим, что проволока может возбуждаться нетолькопеременнымэлектрическим,нопеременныммагнитнымполемтоже.Чиральность этих материалов обусловлена дополнительной внутренней степеньюсвободы, связанной с магнитной гиротропией. Такие материалы могут использоватьсядля измерения эффективных параметров анизитропных сред.Композиты с магнитными проводами могут быть использованы для созданиялевосторонних материалов.
Магнитные провода с циркулярной анизотропией могут246иметь широкую дисперсию эффективной магнитной проницаемости, значения которойзначительно отличаются от единицы в микроволновой области.В этом случаестатическая намагниченность ортогональна высокочастотному магнитному полю ℎ0 ,направленному вдоль оси провода, что является идеальным условием для возбужденияаксиального динамического момента. Кроме того, такая конфигурация соответствуетминимально возможному влиянию размагничивающих эффектов.
Спектры усредненнойаксиальной магнитной проницаемости провода с учетом скин-эффекта представлены наРисунке 6.28. Влияние магнитного поля приводит к отклонению намагниченности отциркулярногонаправления,чтосущественноснижаетабсолютныезначенияпроницаемости.Рисунок 6.28.Результаты моделирования спектров усредненной аксиальноймагнитной проницаемости магнитного провода с циркулярной анизотропией вприсутствии аксиального магнитного поля.
a)- реальная часть, б)- мнимая часть.Магнитные иэлектрические параметры расчета такие же, как и для Рисунка 2.14.Радиус провода = 5 м .Можно рассмотреть однонаправленныекомпозитногоматериала.Придостаточномагнитные провода как подсистемунизкойконцентрациипроводов,эффективная магнитная проницаемость системы записывается в виде = 1 + ( − 1)(6.41)При соответствующем выборе магнитных, резистивных и геометрических параметровлегко получить отрицательные значения реальной части эффективной проницаемости в247гигагерцовой области при концентрациях меньше 10%. То есть такая система можетиспользоваться для создания разбавленных композитных материалов с левостороннимисвойствами. [200-202].
При этом эффективная магнитная проницаемость обнаруживаетзначительную зависимость от ориентации намагниченности, которая легко можетизменяться под действием внешних факторов (магнитное поле, механическоенапряжение).В качестве управляемого левостороннего материала можно предложить плоскуюортогональную систему проводов: разряженную электрическую подсистему длясоздания отрицательной диэлектрической проницаемости (скажем, непрерывныемагнитные провода вдоль оси c периодом порядка 1 см) и относительноконцентрированную магнитную подсистему (с проводами вдоль оси ), при этом волнападает вдоль оси .
Такая система схематически показана на Рисунке 6.29а.Рисунок 6.29. (а) Структура левостороннего материала, образованного двумяортогональными решеткамимагнитных проводов. (б) Спектры реальной частикоэффициента преломления для двух случаев плазмонной и резонансной электрическойподсистемы. Концентрация магнитных проводов составляет 5%.На Рисунке 6.29б представлены спектры коэффициента преломления для такойсистемы для двух значений полей. Для сравнения даны также результаты дляаналогичной проволочной системы, но состоящей из коротких отрезков прводов. В248обоих случаях наблюдается область частот, где реальная часть коэффициентапреломления имеет отрицательные значения.
Также продемонстрировано, что магнитноеполе,направленное,например,вдольэлектрическоговысокочастотногополя,существенно изменяет значения показателя преломления.Выводы главыРазработаны аналитические методы определения эффективной диэлектрическойпроницаемостикомпозитной среды, состоящей из диэлектрической матрицы свключениями ферромагнитных микропроводов. Рассмотрены два типа композитныхматериалов- плазмонные среды с непрерывными проводами и композиты с короткимиотрезками проводов, где возможны антенные резонансы.В рамках приближения эффективной среды определены частотные дисперсииэффективной диэлектрической проницаемости и их зависимости от локальныхмагнитных свойств проводов.Экспериментальные спектры рассеяния, измеренные в свободном пространстве,хорошосогласуютсястеоретическими.Обсуждаетсякомпозитных сред с ферромагнитными микропроводами.потенциалприменения249ЗаключениеПредставленнаядиссертационнаяработаразвиваютсуществующиепредставления о магнитоимпедансе и разрабатывает концепцию тензора поверхностногоимпедансаферромагнитныхмикроструктур.Проведённыйциклисследованийпредставляет собой новый подход к изучению МИ и позволяют объяснить с единойточки зрения такие явления, как асимметричныйи недиагональный МИ вмикропроводах и трехстойных пленках, влияние статической магнитной структуры наМИ,зависимостьэффективнойдиэлектричекойпроницаемостикомпозитовсферромагнитными проводами от внешних факторо-магнитного поля и механическихнапряжений.Основные результаты, полученные в работе, заключаются в следующем.1.
Исследованыциркулярные процессы намагничивания в проводах с круговойдоменной структурой и определены параметры магнитной проницаемости в широкомчастотном диапазоне. Разработана методика измерения циркулярных петельнамагничивания.Проведенанализвлияниявнешнегомагнитногополянадифференциальную и начальную магнитные проницаемости. Нелинейность процессациркулярной намагниченности приводит к возникновению высших гармоник всигнале напряжения, измеряемого на концах провода. Амплитуды высших гармоникимеют высокую чувствительность по отношению к магнитному полю, что можетбыть использовано для разработки магнитных сенсоров.
Мы называем этомагнитоиндуктивнымэффектом.Предложенамодель,котораяколичественноописывает влияние внешнего магнитного поля на циркулярную намагниченность.Показано, что разброс осей анизотропии имеет определяющее влияние на полевыезависимости статической циркулярной проницаемости.2. Вклад динамики доменных границ в циркулярную проницаемость рассмотрен спомощью усреднения магнитной индукции, обусловленной смещением доменныхграниц. Рассмотрены два типа смещения доменной стенки, соответствующие моделямжесткой и гибкой стенок. Определена характерная частота релаксации круговыхдоменных стенок в аморфном проводе. Показано, что модель гибкой стенки даетболееслабоеизменениемагнитнойпроницаемостипричастотах,вышерелаксационной.
При этом в рамках данной модели магнитная проницаемость имеет250более сильную зависимость от внешнего магнитного поля, которая остаетсязначительной даже на частотах выше релаксационной.3. Определен тензор вращательной магнитной проницаемости для произвольнойгеликоидальной анизотропии. Показано, что эффективный параметр вращательноймагнитной проницаемости, который входит в измеряемые величины, имеет оченьширокий спектр и слабо зависит от внешнего магнитного поля на ГГц частотах.4. Проведен всесторонний анализ МИ эффектов в цилиндрических ферромагнитныхпроводниках. Последовательный анализ развивает понятие тензора поверхностногоимпеданса, который включает диагональные и недиагональные компоненты.Импедансная матрица находится из совместного решения уравнений Максвелла вцилиндрических магнетиках и динамических уравнений намагниченности. Даже длялинейных процессов намагничивания необходимо решать связанную системууравнений для нахождения распределения магнитного и электрического полей впроводнике.
Нами был развит метод асимптотических разложений, который позволилопределить импедансную матрицу в широком диапазоне частот.5. Были разработаны методы экспериментального определения всех компонент тензораимпеданса и проведено сравнение экспериментальных и теоретических результатов.6. В проводахс циркулярнойдоменнойструктуройимпеданс имееттолькодиагональные компоненты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
