Сенсор в зубе и датчик в стене: магнитные аморфные металлические провода помогут создать встраиваемые микротермометры

Печать

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

Материаловеды из НИТУ «МИСиС» под руководством профессора, доктора физико-математических наук Ларисы Паниной показали, что микропровода на основе магнитных аморфных металлов могут быть использованы для встраиваемых температурных сенсоров. Импеданс (комплексное сопротивление) таких материалов очень чувствителен к колебаниям температуры, причем его поведение на разных частотах может значительно отличаться. Исследование опубликовано в Journal of Magnetism and Magnetic Materials.

Аморфные металлы — сплавы, получаемые путем очень быстрого охлаждения расплавов металлов. Большая скорость охлаждения не позволяет атомам металла образовывать кристаллические зерна и упорядочиваться, из-за чего подобные материалы сильно отличаются по своим свойствам от обычных сплавов. К примеру, из-за отсутствия выраженной кристаллической структуры, в аморфных сплавах очень мала магнитокристаллическая анизотропия — эффект, который делает некоторые направления намагниченности более предпочтительными. Благодаря этому аморфные металлы — магнитомягкие материалы, легко меняющие направление намагниченности.

Лариса ПанинаЛариса ПанинаОдин из материалов, созданных на базе аморфных металлов — металлические провода в стеклянной оболочке. Особенности магнитных свойств в таких микропроводах делают их очень чувствительными к магнитным полям. К примеру, в них возникает эффект гигантского магнитного импеданса — изменение комплексного сопротивления материала высокочастотным токам в присутствии внешних магнитных полей.

Помимо чувствительности к внешним магнитным полям, как показало новое исследование, аморфные микропровода также обладают значительным откликом на изменение температуры. В особенности это касается изменений температур вблизи температуры Кюри сплавов — это такая температура, при которой материал полностью теряет возможность сохранять намагниченность. Оказалось, что небольшие колебания температуры сильно сказываются на величине гигантского магнитного импеданса. Причем, если измерять его при низких частотах тока (до 10 мегагерц), то импеданс начинает расти с приближением к температуре Кюри, а на высоких частотах (300 мегагерц) — наоборот, падать.

Этот эффект был предсказан коллективом сначала теоретически, а затем проверен на практике — для микропровода из аморфного сплава кобальта, железа, никеля, бора и кремния. Измерения импеданса позволяют довольно точно определять температуру в диапазоне от 20 до 100 градусов Цельсия.

Физики предлагают использовать микропровода для встраивания в различные промышленные объекты в качестве датчика температуры. Это поможет диагностировать состояние конструкций и предупреждать аварии. Другим потенциальным применением разработки могут стать медицинские приложения – например, микропровод может служить для оперативной диагностики состояния имплантата.

Пресс-служба НИТУ «МИСиС»

 

Справка о НИТУ «МИСиС»

НИТУ «МИСиС» в 2018 году отмечает 100-летие со дня основания Московской горной академии, преемником которой является. Сегодня НИТУ «МИСиС» - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ «МИСиС» также представляет собой полноценный научный центр. Университет входит в предметные рейтинги THE, QS и ARWU сразу по шести направлениям, занимая 30-е место в мире по направлению «Инжиниринг – Горное дело» и входя в топ-100 в категории «Инжиниринг – Металлургия».

Стратегическая цель НИТУ «МИСиС» к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нано- и ИТ-технологий. В состав университета входит 9 институтов, 5 филиалов – четыре в России и два за рубежом. В НИТУ «МИСиС» обучаются более 17000 студентов из 69 стран мира. В университете действуют более 30 лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие ученые России и мира. НИТУ «МИСиС» успешно реализует совместные проекты с крупнейшими российскими и зарубежными высокотехнологичными компаниями.