Магнитомягкие материалы для радиочастот: Классификация магнитомягких материалов по химическому составу

Классификация магнитомягких материалов по химическому составу

Технически чистое железо (низкоуглеродистая электротехническая сталь). Это железо, содержащее ограниченное количество примесей, прежде всего углерода, получаемое методами прямого восстановления чистых руд, а также с применением электролитического или карбонильного процесса.
Технически чистое железо — дешевый и технологичный материал, хорошо штампуется и обрабатывается на всех металлорежущих станках, обладает высокими магнитными свойствами в постоянных магнитных полях. Основной недостаток технически чистого железа — малое значение удельного электрического сопротивления, что ограничивает область его применения как магнитного материала постоянными магнитными полями. В переменных полях железо применять нецелесообразно ввиду больших потерь на вихревые токи.
Технически чистое железо имеет очень большое значение как шихтовой материал для получения почти всех ферромагнитных сплавов.

Электротехнические (кремнистые) стали. Материалы этой группы представляют собой твердый раствор кремния в железе.
К преимуществам электротехнических сталей относятся большее, чем у технически чистого железа, значение удельного электрического сопротивления и высокие магнитные свойства. Основными недостатками этих сталей являются повышенная твердость и хрупкость, а также пониженные по сравнению с железом значения индукции насыщения. Электротехнические стали изготавливаются горячекатаными с изотропными магнитными свойствами и холоднокатаными (малотек-стурированными и текстурированными) с анизотропией магнитных свойств.
Электротехнические стали находят наибольшее применение среди других магнитных материалов для изготовления магнитопроводов электрических машин, магнитов, дросселей и других устройств, рассчитанных на работу при частоте до 400-500 Гц в области малых, средних и сильных магнитных полей, в постоянных полях и иногда при повышенных частотах (до 10 кГц).

Пермаллои. Это сплавы железа с никелем или железа с никелем и кобальтом, обычно легированные молибденом, хромом и некоторыми другими элементами. Основное преимущество пермаллоев — очень высокая магнитная проницаемость в слабых магнитных полях и малая коэрцитивная сила. Недостатки пермаллоев: большая чувствительность магнитных свойств к механическим напряжениям, пониженные значения индукции насыщения и сравнительно высокая стоимость. Высокие магнитные свойства у пермаллоев получают лишь после отжига готовых изделий в водороде или вакууме, что усложняет их изготовление.
Пермаллои применяют для изготовления магнитных элементов измерительных, электронных и радиотехнических устройств, работающих в слабых постоянных и переменных полях с частотой до нескольких десятков килогерц, а для сверхтонкого проката — и с более высокой частотой.
Пермаллои достаточно успешно можно использовать для изготовления магнитных экранов для защиты как от постоянных, так и переменных полей, а также и для изготовления магнитопроводов магнитных систем.

Магнитомягкие ферриты. Такие материалы представляют собой смесь окислов некоторых металлов. Промышленные магнитомягкие ферриты — это в основном поликристаллические материалы, синтезируемые по керамической технологии. Наибольшее применение имеют марганец-цинковые (низкочастотные) и никель-цинковые (высокочастотные) ферриты.
Удельное сопротивление ферритов в 10⁶ — 10¹³ раз больше удельного сопротивления металлических материалов, а потери на вихревые токи соответственно меньше. Это позволяет использовать ферриты при изготовлении изделий, предназначенных для работы в областях звуковых и радиочастот. К недостаткам ферритов следует отнести низкие значения индукции насыщения, сравнительно малую магнитную проницаемость, большую зависимость магнитных свойств от температуры, значительные хрупкость и твердость. Применение магнитомягких ферритов для получения изделий, рассчитанных на работу в постоянных магнитных полях или при промышленной частоте, нецелесообразно.

Магнитодиэлектрики. Так называют конгломерат из измельченного ферромагнетика, частицы которого электрически изолированы друг от друга пленками из немагнитного материала, являющегося одновременно механической связкой.
Магнитодиэлектрики, так же как ферриты, обладают большим удельным электрическим сопротивлением и являются высокочастотными материалами. Их преимущества по сравнению с ферритами заключаются в более высокой стабильности свойств и в хорошей воспроизводимости характеристик, а недостатком является более низкая магнитная проницаемость.

Аморфные магнитные материалы. Это сплавы, состоящие из одного или более переходных элементов (Fe, Со, Ni), сплавленных со стеклообразователем (В, С, Р, Si, А₁) и другими элементами (Сг, Мn), вводимыми для придания материалу особых свойств.
Быстрое охлаждение (скорость охлаждения достигает 10^6оС/с) расплава на вращающемся медном барабане позволяет получать тонкие ленты (20-30 мкм) магнитодиэлектрика. Технология изготовления изделий из аморфных магнитных материалов дает возможность за счет вариаций состава, термической и термомагнитной обработки получать изделия с различными магнитными свойствами материала (разнообразные формы петель гистерезиса, очень широкий диапазон значений магнитных параметров и их сочетаний).
Эти магнитные материалы нашли широкое применение для изготовления сердечников магнитов и дросселей благодаря своим высоким магнитным свойствам в широком диапазоне частот — вплоть до 1-2 МГц.
Высокие значения индукции насыщения, малые коэрцитивные силы, в несколько раз большее, чем у железа, удельное электрическое сопротивление позволяют успешно применять аморфные магнитные материалы в магнитных системах на постоянных магнитах — как в качестве магнитопровода, так и в качестве полюсных наконечников, особенно в тех устройствах, где недопустимо появление вихревых токов. Прочие магнитомягкие материалы. Кроме указанных основных групп магнитомягких материалов в некоторых случаях применяют материалы с особыми свойствами, например сплавы железа с кобальтом, имеющие очень высокие значения индукции насыщения (пермендюры).

Высокочастотные магнитомягкие материалы — Студопедия

Под высокочастотными магнитомягкими материалами понимают вещества, которые должны выполнять функции магнетиков при частотах свыше нескольких сотен или тысяч герц. По частотному диапазону применения их в свою очередь можно подразделить на материалы для звуковых, ультразвуковых и низких радиочастот, для высоких радиочастот и для СВЧ.

По физической природе и строению высокочастотные магнитомягкие материалы подразделяют на магнитодиэлектрики и ферриты. Кроме того, при звуковых, ультразвуковых и низких радиочастотах можно использовать тонколистовые рулонные холоднокатанные электротехнические стали и пермаллои. Толщина сталей достигает 30-25 мкм, а пермаллой, как мееханически более мягкий сплав, может быть получен толщиной до 2-3 мкм. Основные магнитные свойства таких тонких магнитных материалов близки к свойствам материалов больших толщин, однако они имеют несколько повышенную коэрцитивную силу и высокую стоимость, а технология сборки магнитных цепей из них весьма сложна.

Магнитодиэлектрики – это фактически высокочастотные магнитные пластмассы, в которых наполнителем является ферромагнетик, а связующим – электроизоляционный материал органический (Например, фенолформальдегидная смола) или неорганический (например жидкое стекло). Магнитная проницаемость магнитодиэлектрика всегда меньше магнитной проницаемости ферромагнетика, составляющего его основу и вычисляется по формуле:

m_мд = 1/ (1/m_ф + V/3)

Наиболее широко применяются магнитодиэлектрики на основе карбонильного железа, альсифера и молибденового пермаллоя.

Ферриты представляют собой оксидные магнитные материалы, у которых спонтанная намагниченность доменов обусловлена нескомпенсированным антиферромагнетизмом.

Ферриты представляют собой оксидные магнитные материалы, у которых спонтанная намагниченность доменов обусловлена нескомпенсированным антиферромагнетизмом.

Большое удельное сопротивление, превышающее удельное сопротивление железа в 10³-10¹³ раз, а следовательно, и относительно незначительные потери энергии в области повышенных и высоких частот наряду с достаточно высокими магнитными свойствами обеспечивают ферритам широкое применение в радиоэлектронике.

Высокопроницаемые ферриты. В качестве магнитомягких материалов наиболее широко применяют никель-цинковые и марганец-цинковые ферриты. Они кристаллизуются в структуре шпинели и представляют собой твердые растворы замещения, образованные двумя простыми ферритами, один из которых (NiFe₂O₄ или MnFe2O4) является ферримагнетиком, а другой (ZnFe₂O₄) — немагнитен.

Для ферритов, используемых в переменных полях, кроме начальной магнитной проницаемости одной из важнейших характеристик является тангенс угла потерь tgd. Благодаря низкой проводимости составляющая потерь на вихревые токи в ферритах практически мала и ею можно пренебречь. В слабых магнитных полях незначительными оказываются и потери на гистерезис. Поэтому значение tgd в ферритах на высоких частотах в основном определяется магнитными потерями, обусловленными релаксациооными и резонансными явлениями.

В ферритах, как и в ферромагнетиках, реверсивная магнитная проницаемость может существенно изменяться под влиянием напряженности постоянного подмагничивающего поля, причем у высокопроницаемых ферритов эта зависимость выражена более резко, чем у высокочастотных ферритов с небольшой начальной магнитной проницаемостью.

Магнитные свойства ферритов зависят от механических напряжений, которые могут возникать при нанесении обмотки, креплении изделий и по другим причинам. Чтобы не было ухудшения магнитных характеристик, ферриты следует оберегать от механических нагрузок.

По электрическим свойствам ферриты относятся к классу полупроводников или даже диэлектриков. Их электропроводность обусловлена процессами электронного обмена между ионами переменной валентности(«прыжковый» механизм). Электроны, учавствующие в обмене, можно рассматривать как носители заряда, концентрация которых практически не зависит от температуры.

Для ферритов характерна относительно большая диэлектрическая проницаемость, которая зависит от частоты и состава материала. С повышением частоты диэлектрическая проницаемость ферритов падает. Так, никель-цинковый феррит с начальной проницаемостью 200 на частоте 1 кГц имеет e = 400, а на частоте 10 МГц e = 15. Наиболее высокое значение e присуще марганец-цинковым ферритам, у которых она достигает сотен или тысяч.

Большое влияние на поляризационные свойства ферритов оказывают ионы переменной валентности. С увеличением их концентрации наблюдается возрастание диэлектрической проницаемости материала.

26.

Магнитомягкие и магнитотвердые материалы. Области их применения

Требования,
предъявляемые к свойствам магнитомягких
материа­лов,
в
значительной степени определяются
областью их применения. Для
этих материалов характерными являются
малая коэрцитивная сила, высокая
магнитная проницаемость, высокая
индукция насы­щения
даже в слабых полях. Материалы, применяемые
в перемен­ных
магнитных полях, кроме того, должны
иметь высокое электри­ческое
сопротивление для уменьшения потерь
на вихревые токи.

В
электро- и радиотехнике магнитомягкие
материалы широко применяют в качестве
магнитных изделий (разнообразных
сердечни­ков,
магнитопроводов, полюсных наконечников,
телефонных мембран,
магнитных экранов и т.д.) в различных
приборах и аппаратах: реле,
дросселях, трансформаторах, электрических
машинах и т.д. В
микроэлектронике их используют как
элементы интегральных схем.

Как
было показано в гл. 14.2.5, значения
коэрцитивной силы Нс и
магнитной проницаемости μ металлических
магнитных материалов зависят
от степени деформации кристаллической
решетки и размера зерна.
Чем меньше содержание примесей в
материале, однороднее его
структура (она должна быть однофазной),
меньше внутренних напряжений, дислокаций
и других дефектов, тем меньше Нс и боль­ше
μ. Поэтому металлические магнитомягкие
материалы должны иметь: минимальную
концентрацию вредных примесей (особенно
кислорода,
углерода, серы, фосфора), которые образуют
нераствори­мые в металле химические
соединения (оксиды, карбиды, сульфиды,
фосфиды),
а также крупнозернистую структуру и
минимальное со­держание
внутренних напряжений, дислокаций и
других дефектов. Для
этого выплавку большинства этих
материалов производят в ва­кууме или
иной инертной среде, а полученные из
них магнитные из­делия подвергают
отжигу, который производят обычно при
темпера­туре 900— 1200°С в вакууме или
в среде сухого водорода.

Диапазон
рабочих частот для различных магнитомягких
материа­лов
определяется в значительной степени
величиной их удельного электрического
сопротивления. Чем
больше удельное сопротивление материала,
тем на более высоких частотах его можно
применять.
В
области радиочастот применяют
магнитомягкие материалы с удельным
сопротивлением того же порядка, что у
полупроводников и диэлектриков.

В
постоянных и низкочастотных магнитных
полях, включая зву­ковые частоты,
применяют металлические магнитомягкие
материалы с
удельным сопротивлением порядка 10^─7
Ом•м; их называют низко­частотными.

К
низкочастотным
магнитомягким
материалам относятся: железо, сталь
низкоуглеродистая электротехническая
нелегированная, крем­нистая
электротехническая сталь, пермаллои,
альсиферы. В области радиочастот
используют высокочастотные магнитомягкие
материалы с
удельным сопротивлением ρ = 10—10¹⁰
Ом•м..

К
высокочастотным
магнитомягким
материалам относятся: маг-нитодиэлектрики
и ферриты. При ультразвуковых частотах
еще мож­но использовать тонколистовые
(А = 25—30 мкм) и рулонные холод­нокатаные
электротехнические стали и пермаллои
(толщиной до 2—3
мкм).

Электроника НТБ — научно-технический журнал — Электроника НТБ

В

лияние ЭМП определяется различными факторами: частотным диапазоном электромагнитных волн – от сверхнизкочастотного (СНЧ) до сверхвысокочастотного (СВЧ) поля; компонентами ЭМП – электрическая (ЭП) и магнитная (МП) составляющие поля; источником излучения – линии электропередачи (ЛЭП) или радиотехнические системы различного назначения; уровнем напряжения источника излучения и др. В качестве примера влияния ЭМП на человека можно привести магнитные бури, которые по интенсивности воздействия зачастую уступают электромагнитным полям в промышленных центрах.

В России и во многих развитых странах методы и средства борьбы с вредным воздействием ЭМП на объекты естественного и антропогенного происхождения стандартизируются с учетом различных физических свойств ЭМП. Разработка и внедрение специальных стандартов в области защиты от ЭМП свидетельствуют об актуальности проблемы.

Современные научные представления о влиянии магнитных полей на биомолекулы позволяют не только объяснить механизмы воздействия ЭМП на человека, но и оценить уровни МП, которые могут воздействовать на состояние организма [1, 2]. Следует отметить, что подобные исследования ведутся давно – первые выводы о влиянии ЭМП на организм были сделаны в монографии [3], изданной еще в начале прошлого века. Исследования воздействия постоянного МП либо совместного воздействия МП и ЭМП на биологические объекты позволяют совершенствовать средства и материалы защиты от ЭМП на человека [4]. Результаты подобных исследований, подтвержденные на практике, лежат в основе современных стандартов, определяющих допустимые уровни ЭМП.

Диапазон воздействий магнитного поля на организм человека в зависимости от плотности тока весьма широк (табл. 1). При этом, отметим, что уровни воздействия МП следует измерять корректно, иначе можно выйти за пределы, установленные нормативными документами, и неверно определить необходимый уровень подавления магнитного поля. Согласно санитарно-эпидемиологическим требованиям СанПиН допустимые уровни электромагнитного излучения промышленной частоты 50 Гц в жилых помещениях измеряются на расстоянии 0,2 м от стен и окон на высоте 0,5–1,8 м от пола и не должны превышать: для электрического поля – 0,5 кВ/м, для магнитного поля – 5 мкТл (4 А/м).

При проектировании средств защиты от воздействия магнитного поля следует исходить из того, что подобные инструменты должны работать в весьма широком диапазоне изменения параметров поля, при разных режимах воздействий и условиях, в которых находятся защищаемые объекты. Это означает, что единый проект системы защиты любых объектов реализовать невозможно, поскольку набор требований и ограничений относительно защитных устройств слишком широк. Определить требования к системе защиты в конкретных условиях весьма сложно – в ряде случаев эта задача решается с помощью компьютерного моделирования.

Для глубокого подавления МП промышленной частоты, как правило, применяют метод шунтирования магнитного поля экраном. Экран выполняется из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, при этом линии магнитного поля концентрируются в стенках экрана (см. рис.). Качество экранирования определяется конструкцией и материалом экрана, а также технологией, используемой для шунтирования МП не только в цельных частях экрана, но и в местах соединения его частей.

До недавнего времени в нашей стране для создания систем электромагнитной защиты с высоким коэффициентом экранирования применялись листовые (сталь) и плитные (пермаллой) кристаллические сплавы. При частотах МП менее 10 кГц обычные материалы не обеспечивали необходимой степени экранирования при приемлемом соотношении толщины стенок экрана и размера защищаемой области. Поэтому использовались магнитомягкие сплавы, обладающие повышенной магнитной проницаемостью, величина которой прямо пропорциональна коэффициенту экранирования – степени подавления МП в защищенной области [5]. Необходимо подчеркнуть, что высокое значение магнитной проницаемости должно сохраняться и при механических воздействиях, которые неизбежны при монтаже экрана.

Такому требованию удовлетворяют только аморфные магнитомягкие сплавы [6]. Это подтверждается работами зарубежных исследователей, которые про-анализировали эффективность экранирования, выполненного с помощью аморфных и кристаллических магнитомягких сплавов.

Толщина стального листа, обеспечивающего необходимую эффективность экранирования, обычно составляет минимум 3 мм. Конструкция швов такого экрана должна обеспечивать надежный электрический контакт, имеющий низкое переходное сопротивление высокочастотным токам по периметру соединяемых деталей экрана. Для обеспечения этого требования листы экрана соединяются герметичным швом электродуговой сварки в среде защитного газа (по ГОСТ 14771–76). При этом обязательно контролируется качество каждого шва, что усложняет изготовление входов в помещения, вентиляции и вводов коммуникаций. Кроме того, магнитные свойства материалов при деформации меняются. Например, магнитная проницаемость пермаллоя марки 79НМ после 10%-ной деформации снижается почти в 18 раз. В настоящее время при создании материалов для электромагнитной защиты от МП наибольшую ценность представляют быстрозакаленные металлические сплавы (аморфные и нанокристаллические).

Наряду с высокой механической прочностью и коррозионной стойкостью магнитные аморфные сплавы (ферромагнитные сплавы с узкой петлей гистерезиса) характеризуются исключительной мягкостью магнитных свойств (малой коэрцитивной силой, высокой магнитной проницаемостью) – они легко намагничиваются и размагничиваются в слабых полях. В сочетании с высоким электрическим сопротивлением это обеспечивает низкие значения магнитных и электрических потерь.

Магнитные аморфные сплавы позволяют, например, при экранировании силового кабеля снизить уровень магнитного поля в 10–500 раз, а при проведении сварочных работ ослабить внешнее магнитное поле внутри защитной одежды в 10–20 раз при внешнем поле до 1000 мкТл. Это обеспечивает выполнение требований СанПиН к уровню электромагнитных полей в производственных условиях.

Аморфный сплав – определенный вид прецизионного сплава – обладает комплексом физических и химических свойств, полезных для эффективного снижения МП. Одно из основных отличий аморфного сплава от электротехнической стали – отсутствие периодичности в расположении атомов. От кристаллических сплавов аморфные отличаются большей устойчивостью к коррозии, прочностью, которая в несколько раз выше, и улучшенными электромагнитными характеристиками. Путем химического подбора компонентов сплава и отладки метода его охлаждения достигается аморфное состояние металла. Скорость охлаждения сплава превышает скорость кристаллизации за счет того, что готовый расплав выливается на диск, который вращается с большой скоростью. При попадании на вращающийся диск расплав резко охлаждается, его структура становится подобной аморфной структуре стекла и расплав принимает форму ленты толщиной от 15 до 60 мкм. Магнитные и экранирующие свойства ленточных аморфных ферромагнитных материалов изучены С.Гудошниковым [7].

С помощью термомагнитной обработки аморфным сплавам придают специальные свойства. Для этого изменяют форму петли гистерезиса либо делают структуру частично кристаллизованной, аморфной или нанокристаллической.

В 1988 году инженеры фирмы Hitachi Metals разработали так называемый нанокристаллический сплав. Наибольшую магнитную проницаемость и наименьшую коэрцитивную силу нанокристаллическая структура приобретает благодаря расположению кристаллитов диаметром от 10 до 20 нм по всей магнитопроводной ленте. Из-за относительно высокого удельного сопротивления (110–120 мкОм/см) и незначительной толщины ленты появилась возможность обеспечить минимальную величину коэрцитивной силы и максимальную величину магнитной проницаемости.

Сравнение характеристик применяемых для защиты от МП магнитных материалов (табл. 2) показывает, что феррит, пермаллой и электротехническая сталь обладают большими удельными потерями, чем аморфные и нанокристаллические сплавы [8, 9]. Поэтому магнитопроводы из аморфных и нанокристаллических сплавов значительно превосходят по качеству изделия из феррита, пермаллоя и электротехнической стали.

Можно выделить следующие области применения защитных магнитных и электромагнитных экранов полей промышленной частоты из аморфных и нанокристаллических сплавов:

• экранирование жилых и нежилых помещений;

• экранирование трансформаторных подстанций;

• создание магнитно-экранированных комнат для научно-исследовательских центров;

• экранирование силовых кабелей, создание кабель-каналов;

• экранирование боксов для проведения медико-биологических исследований;

• изготовление защитной одежды для проведения сварочных работ.

* * *

По результатам анализа свойств материалов для магнитопроводов можно сделать вывод о том, что использование современных аморфных и нанокристаллических сплавов для защиты человека, производственных объектов, специально оборудованных лабораторий позволяет существенно улучшить защиту от вредного воздействия магнитных полей промышленных частот.

ЛИТЕРАТУРА

1. Семенов А.В. Обоснование предельно допустимых норм на индукцию магнитных полей промышленной частоты для человека // Известия Томского политехнического университета. 2012. Т. 321. № 1.

2. Гвоздарев А.Ю. Механизмы воздействия электромагнитных полей на биологические объекты с позиций модели неоднородного модифицированного физического вакуума. – СНК «Пульс Будущего», 2003, http://pulse.webservis.ru/Science/Ether/Bio.

3. Данилевский В.Я. Исследование над физиологическим действием электричества на расстоянии. – Х.: Зильберберг, 1900.

4. Жадин М.Н. Биологическое действие постоянного магнитного поля, предъявляемого изолированно и в комбинации с электромагнитным полем: физические основы. – Материалы I Российской конференции «Проблемы электромагнитной безопасности человека. Фундаментальные и прикладные исследования». – М., 1996.

5. Кузнецов П.А. Разработка новых материалов для систем защиты от электромагнитного излучения и противодействия террористической деятельности. – Труды восьмой научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты и безопасности», том 1 «Технические средства противодействия терроризму». – Санкт-Петербург, НПО Специальных материалов, 4–7 апреля 2005 г.

6. Кузнецов П.А. Материалы на основе аморфных магнитомягких сплавов как средство защиты человека от постоянных магнитных полей и магнитных полей частотой 50 Гц. – Труды восьмой российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости и электромагнитной безопасности (ЭМС-2004), 2004.

7. Гудошников С.А. Магнитные и экранирующие свойства ленточных аморфных ферромагнитных материалов // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40. Вып. 19.

8. Аморфные и нанокристаллические магнитомягкие сплавы. – http://www.mstator.ru/products/amorf.

9. Изделия для защиты от магнитных полей промышленной частоты и от электромагнитных полей радиочастотного диапазона. – http://www.crism-prometey.ru/production/products/ware-shield-magnetic-electromagnetic-fields. aspx.

Магнитомягкие материалы ферриты — Энциклопедия по машиностроению XXL

Магнитомягкие материалы можно разделить на следующие группы технически чистое железо (низкоуглеродистая сталь) кремнистая электротехническая сталь сплавы с высокой начальной магнитной проницаемостью сплавы с большой индукцией насыщения ферриты.  [c.92]

Магнитодиэлектрики и ферриты. В отличие от кремнистых сталей и пермаллоев, магнитодиэлектрики и ферриты имеют большое удельное сопротивление, достигающее у некоторых ферритов величины 10 ом-см, т. е. в IQi раз выше, чем у типовых металлических магнитомягких материалов.  [c.825]

Основными промышленными магнитомягкими материалами являются никель-цинковые ферриты. Эти материалы получили наибольшее распространение благодаря двум особенностям сравнительно простой технологии изготовления и высоким магнитным параметрам. Технология изготовления никель-цинковых ферритов аналогична принятой при производстве керамических изделий. Полученные в результате прессования полуфабрикаты обжигаются в воздушной среде при нормальном давлении.  [c.39]

Магнитомягкие материалы способны намагничиваться до насыщения в слабых полях, обладают высокой магнитной проницаемостью, малыми потерями на перемагничивание и низкой коэрцитивной силой. Условно к магнитомягким относят материалы с Яд технически чистое железо, различные синтезированные ферриты.  [c.163]

Высокочастотные магнитомягкие материалы Общая характеристика ферритов  [c.542]

Частотный диапазон применения различных групп магнитомягких материалов в значительной степени определяется величиной их удельного электрического сопротивления. Чем оно больше, тем на более высоких частотах можно использовать материал. Это объясняется тем, что при малых значениях удельного сопротивления с повышением частоты могут недопустимо возрасти вихревые токи и, следовательно, потери на перемагничивание. В постоянных и низкочастотных (до сотен герц и единиц килогерц) полях применяют металлические магнитомягкие материалы, к которым относятся технически чистое железо (низкоуглеродистые электротехнические стали), электротехнические (кремнистые) стали и пермаллой — железоникелевые и железо-никелькобальтовые сплавы. На повышенных и высоких частотах в основном применяют материалы, удельное сопротивление которых соответствует значениям, характерным для полупроводников и диэлектриков. К таким материалам относятся магнитомягкие ферриты и магнито-диэлектрики (см. гл. 30). Иногда на повышенных частотах и особенно при работе в импульсном режиме (см. гл. 31) применяют также металлические материалы тонкого проката (до нескольких микрометров).  [c.287]

Для ферритов Вв не превышает 0,5 Тл, и потому в качестве магнитомягких материалов они не применяются.  [c.215]

При намагничивании ферритов (как и ферромагнетиков) происходит смещение границ между доменами и вращение векторов намагниченности каждого домена. В слабых полях у большинства ферритов с малой анизотропией преобладают процессы смещения границ. Для лёгкого смещения границ доменов необходимо, чтобы энергия закрепления границ бьша минимальной. В этом случае проницаемость феррита будет максимальной. Однородные, совершенные в магнитном отношении чистые образцы ферритов характеризуются высоким значением начальной проницаемости и весьма малой коэрцитивной силой. Такие материалы, называемые магнитомягкими, широко применяются в телефонии и радиочастотной аппаратуре. Основными их характеристиками являются величина начальной проницаемости, ее частотная зависимость (магнитный спектр вещества), а также параметр потерь — тангенс угла магнитных потерь.  [c.38]

В отличие от магнитомягких радиочастотных материалов к ферритам СВЧ диапазона предъявляются противоречивые требования. Ферриты, применяемые в миллиметровом диапазоне воли  [c.41]

Небольшой объем статьи не позволяет характеризовать все практически важные промышленные и новые перспективные ферритовые материалы. Совершенно не рассмотрены магнитомягкие ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), которые широко применяются в запоминающих и переключающих устройствах вычислительной техники и автоматики. Неодинаково хорошо изучены и свойства широко применяемых ферритовых материалов.  [c.44]

Ферриты представляют собой неметаллические магнитные материалы на основе твердых растворов оксида железа с оксидами других металлов. Различают ферриты магнитомягкие и магнитотвердые. Ферриты по своей структуре — вещества поликристаллического строения. Их получают в результате спекания порошков различных окислов металлов при температурах 1100… 1300° С.  [c.143]

Рассмотрим сначала материалы, применяемые на высоких частотах, — магнитомягкие ферриты и магнитодиэлектрики, а затем ферриты для СВЧ.  [c.297]

К неметаллическим магнитным материалам относятся ферриты (оксиферы). Это материалы, получаемые из порошкообразной смеси окислов некоторых металлов и окиси железа. Отпрессованные ферритовые изделия (сердечники, кольца и др.) подвергают высокотемпературной обработке —обжигу при температуре 1300—1500 С. Различают ферриты магнитомягкие и магнитотвердые.  [c.179]

Некоторые из ферритов обладают резко выраженной прямоугольной гистерезисной петлей, что позволяет использовать их в элементах логической автоматики. Ферриты, как и металлические магнитные материалы, делятся на магнитомягкие и магнитотвердые, К первым относятся ферриты никель-цинковые, марганцово-цинковые, литий-цинковые, магниево-марганцевые и некоторые другие. У никель-цинковых ферритов удельное электрическое сопротивление р= 106—10 Ом.м плотность 3,8—5 г/см коэффициент линейного расширения 10 1/°С теплоемкость =0,17 кал/г.град теплопроводность 4,17 Вт/м-град. У марганцево-цинковых ферритов р=10— —10 Ом-м плотность 4,4—4,7 г/см коэффициент линейного расширения 10- 1/°С теплоемкость 0,17 кал/г.град теплопроводность 4,19 Вт/м.град.  [c.192]

Металлокерамические магнитные материалы широко применяются в радиотехнике, электротехнике и других отраслях техники и промышленности. Методами порошковой металлургии получают магнитомягкие материалы (ферриты), магнитожесткие материалы (постоянные магниты) и магиитодиэлектрики.  [c.686]

Для радиоэлектроники необходимы высокочастотные магнитомягкие материалы, которые в отличие от рассмотренных выше способны сохранять высокую магнитную проницаемость при высоких частотах. Такими материалами являются ферриты, представляющие собой керамику, полученную путем спекания оксидов. Основой ферритов является оксид железа FejOg. Для повышения электрического сопротивления к нему добавляют оксиды других металлов — ZnO, МпО, NiO, MgO. Ферриты характеризуются очень высоким электрическим сопротивлением. Поэтому даже при сверхвысоких частотах они имеют незначительные тепловые потери.  [c.184]

Ферриты (оксиферы). Для высокочастотной техники применяют материалы с высокой магнитной проницаемостью, сохраняющуюся до высоких частот, и обладающих высоким электросопротивлением. К таким материалам относятся ферриты, которые получают спеканием порошков, состоящих из РсаОз и окислов двухвалентных металлов МО (2пО, N10, IЛgO и т. д.). Поэтому ферриты нередко называют оксиферами. Ферриты в отличие от других магнитомягких материалов имеют очень большое электросопротивление (от 10- до 10″ ом-см). Это приводит к малым потерям при использовании высоких частот, что позволяет широко кх использовать в радиотехнике (для сердечников, контурных катушек, дросселей и магнитных антенн, и т. д.).  [c.324]

Неметаллические магнитные материалы — это материалы, получаемые из порошкообразной смеси окислов некоторых металлов, и окиси железа — ферриты. Ферриты дэлятся на магнитомягкие и магнитотвердые. Прессованные ферритовые изделия подвергают высокотемпературной обработке — обжигу при температуре 1300.,. 1500 °С.  [c.119]

Электротехнические материалы подразделяются на электрокон-тактные (металлические, металлографитовые, металлооксидные и металлокарбидные), магнитомягкие (железоникелевые сплавы, сплавы железа с кремнием и алюминием или с хромом и алюминием), магнитотвердые (сплавы на основе Fe—А1—Ni( o), называемые альни, аль-нико, магнико), магнитодиэлектрики (карбонильное железо, пермаллой, альсифер), ферриты (РезОд с добавками NiO, MgO, MnO, ZnO).  [c.135]

Ферриты нашли широкое применение в технике как магнитные материалы вскоре после второй мировой войны [3]. В течение сравнительно короткого промежутка времени было разработано и внедрено в промышленность большое количество разнообразных типов этих материалов магнитомягкие ферриты для радиотехнических устройств, специальные СВЧ ферриты, ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса для вычислительных машин, ферритовые постоянные магниты и т. д. Опубликовано большое количество исследований, посвященных этим материалам (некоторые результаты физических исследований обобщены в книге Смита и Вэйна [4]). Первые работы по динамическим магнитострикционным свойствам ферритов появились в 1951—1953 гг. [5—10]. В них исследовались ферритовые резонаторы применительно к использованию их в качестве элементов фильтров или в качестве стабилизирующих устройств для электронных генераторов. Здесь уместно напомнить, что первые исследования, посвященные колебаниям металлических магнитострикторов, также были направлены на применение этих колебаний в радиотехнических устройствах [12—14].  [c.114]

Среди шпинелей были найдены ферриты, обладаюш ие полезными для магнитострикционных преобразователей характеристиками, т. е. с заметными магнитострикционными свойствами и в достаточной степени магнитомягкие (магнитострикционные свойства в первом приближении характеризуются величиной магнитостривщии насыш ения Ха, магнитная мягкость материала — величиной начальной магнитной проницаемости Ло и коэрцитивной силы Не). При выборе материалов для преобразователей можно пользоваться приближенными соотношениями, вытекаюш ими из работ Ван дер Бургта [7] и Шура с сотрудниками [39—40]. Эти соотношения, базирующиеся на исследованиях Бозорта и Вильямса [41, 11], связывают чувствительность преобразователей в режиме приема (11/р) и коэффициент их магнитомеханической связи К с основными статическими характеристиками материала — Хв, индукцией насыщения Вв».  [c.116]

При работе на больших частотах такой магнитопровод не пригоден, так как быстро нагревается. Чтобы в процессе нагрева на больших частотах магнитопровод мало нагревался, его изготовляют из материалов, имеющих при таких частотах малые потери на гистерезис и вихревые токи. Такими материалами являются магнитодиэлектрики и новые материалы—оксиферы (ферриты). Магнитодиэлектрики представляют собой порошок магнитомягкого материала, смешанный и спрессованный с изолирующим веществом (диэлектриком), например, бакелитом, нитролаками, полистиролом и др. В качестве материала для магнитодиэлектри-  [c.89]

Магнитомягкие материалы

Курсовая работа по физическому 
материаловедению на тему: Магнитомягкие
материалы. Выполнил студент физфака ОГУ.
Работа оценена на отлично.

Содержание

Введение………………………………………………………………………….3

1 Низкочастотные магнитомягкие
материалы…………………………………5

1.1 Материалы с высокой индукцией
насыщения……………………………..6

1.1.1 Железо………………………………………………………………………6

1.1.2 Сталь низкоуглеродистая 
электротехническая нелегированная……….9

1.1.3 Кремнистая электротехническая
сталь……………………………………10

1.2 Материалы с высокой 
магнитной проницаемостью………………………15

1. 2.1 Пермаллои………………………………………………………………….15

1.2.2 Альсиферы…………………………………………………………………18

2 Высокочастотные магнитомягкие
материалы……………………………….19

2.1 Ферриты………………………………………………………………………19

2.1.1 Применение ферритов……………………………………………………..23

2.2 Магнитодиэлектрики…………………………………………………………25

3 Применение магнитомягких
материалов…………………………………….28

Список использованных источников…………………………………………29

Введение

Применяемые в электронной 
технике магнитные материалы 
подразделяют на две основные группы: магнитотвердые и
магнитомягкие. В отдельную группу выделяют
материалы специального назначения.

К магнитотвердым относят материалы
с большой коэрцитивной силой _{. Они перемагничиваются лишь в очень
сильных магнитных полях и служат для
изготовления постоянных магнитов. Перемагничивание
– изменение направления намагниченности
вещества на противоположное под действием
внешнего магнитного поля. При перемагничивании
проявляется необратимый характер процессов
намагничивания и наблюдается магнитный
гистерезис. Петля гистерезиса показана
на рисунке 1.}

Рисунок 1 – Петля гистерезиса

К магнитомягким относят материалы
с малой коэрцитивной силой и высокой
магнитной проницаемостью. Они обладают
способностью намагничиваться до насыщения
в слабых магнитных полях, характеризуются
узкой петлей гистерезиса и малыми потерями
на перемагничивание.

Условно магнитомягкими считают 
материалы, у которых _{, а магнитотвердыми – с. Необходимо, однако, отметить, что
у лучших магнитомягких материалов коэрцитивная
сила может составлять менее , а лучших магнитотвердых материалах
ее значение превышает .}

Значения коэрцитивной силы _{и магнитной проницаемости µ металлических
магнитных материалов зависят от степени
деформации кристаллической решетки и
размера зерна. Чем меньше содержание
примесей в материале, однороднее его
структура (лучше, если она однофазная),
меньше внутренних напряжений, дислокаций
и других дефектов, тем меньше и больше µ. Поэтому металлические
магнитомягкие материалы должны иметь:
минимальную концентрацию вредных примесей
(особенно  кислорода, углерода, серы,
фосфора), которые образуют нерастворимые
в металле химические соединения (оксиды,
карбиды, сульфиды,  фосфиды), а также
крупнозернистую структуру и минимальное 
содержание внутренних напряжений, дислокаций
и других дефектов. Для этого выплавку
большинства этих материалов производят
в вакууме или инертной среде, а полученные
из них магнитные изделия подвергают отжигу,
который производят обычно при температуре
900—1200°С в вакууме или в среде сухого водорода.}

Свойства магнитных материалов
определяются формой кривой намагничивания
и петли гистерезиса. Магнитомягкие 
материалы применяются для получения 
больших значений магнитного потока.
Величина магнитного потока ограничена
магнитным насыщением материала, а 
потому основным требованием к магнитным 
материалам сильно точной электротехники
и электроники является высокая 
индукция насыщения. Свойства магнитных 
материалов зависят от их химического 
состава, от чистоты используемого 
исходного сырья и технологии
производства. В зависимости от исходного 
сырья и технологии производства
магнитомягкие материалы делятся 
на три группы: монолитные металлические 
материалы, порошковые металлические 
материалы (магнитодиэлектрические) и 
оксидные магнитные материалы, кратко
называемые ферритами.

Диапазон рабочих частот
для различных магнитомягких 
материалов определяется в значительной
степени величиной их удельного 
сопротивления, и чем оно больше,
тем на более высоких частотах
его можно применять. В области 
радиочастот применяют магнитомягкие 
материалы с удельным сопротивлением
того же порядка, что у  полупроводников 
и диэлектриков.

В постоянных и низкочастотных
магнитных полях, включая звуковые частоты,
применяют металлические магнитомягкие
материалы с удельным сопротивлением
порядка _{; их называют низкочастотными.}

К низкочастотным магнитомягким 
материалам относятся:  железо, сталь 
низкоуглеродистая электротехническая
нелегированная, кремнистая электротехническая
сталь, пермаллои, альсиферы. В области
радиочастот используют высокочастотные
магнитомягкие материалы с удельным сопротивлением _.

К высокочастотным магнитомягким 
материалам относят: магни- тодиэлектрики 
и ферриты. При ультразвуковых частотах
еще можно использовать тонколистовые
(h = 25—30 мкм) и
рулонные холоднокатаные электротехнические
стали и пермаллои (толщиной до 2—3 мкм).
[2,1]

1 Низкочастотные
магнитомягкие материалы

Стержни (магнитопроводы) из
магнитомягких материалов, применяемые 
в переменных полях, изготавливают 
не монолитными (из одного куска), а 
набирают из пластин или навивают
из ленты, имеющих электроизоляционные 
покрытия. Это делают для увеличения
электрического сопротивления стержня
и тем самым уменьшают потери на вихревые
токи. У таких стержней коэрцитивная сила,
магнитная проницаемость и магнитные
потери непосредственно зависят от толщины
листа (ленты): с уменьшением толщины измельчаются
кристаллические зерна, в результате возрастают
коэрцитивная сила и потери на гистерезис,
а магнитная проницаемость, удельная электропроводность
и потери на вихревые токи уменьшаются.
Магнитные свойства материалов зависят
не только от толщины листа, но также от
частоты магнитного поля. С увеличением
частоты тока потери на гистерезис возрастают
пропорционально частоте в первой степени:

,

а потери на вихревые токи – 
пропорционально частоте во второй степени:

.

При  некоторой частоте 
потери на вихревые токи начнут преобладать 
над  потерями, вызванными гистерезисом,
и фактически будут определять 
величину полных магнитных потерь.
Поэтому для каждого магнитного
материала толщина листа (ленты)
определяется частотой переменного тока,
при которой работает сердечник, т. е. каждой
частоте соответствует определенная толщина
листа (ленты), при которой полные магнитные
потери становятся минимальными. Например,
лист металлического магнитомягкого материала
толщиной 0,3—0,5 мм  применяют для стержней,
работающих при частоте 50 Гц, 0,08—0,2 мм
— при 400 Гц, 0,05 мм — при 1—20 кГц, 0,001 мм
— при 100 кГц. Таким образом, чтобы снизить
потери на вихревые токи,  необходимо
применять магнитомягкие материалы с
высоким удельным  электрическим сопротивлением
или увеличить сопротивление магнитного 
изделия (например, сердечника) путем покрытия
электроизоляционным материалом отдельных
листов (ленты), из которых его набирают 
(навивают). Толщина электроизоляционного
покрытия составляет микрометры и не зависит
от толщины самого листа. Например, электротехническая
сталь толщиной 0,35—0,5 мм имеет электроизоляционное
покрытие толщиной 2—5 мкм, а микронные
магнитные ленты — примерно 1 мкм. С увеличением
толщины листа (ленты) и уменьшением толщины
электроизоляционного покрытия увеличивается
объем магнитного материала в магнитном
изделии. Отношение объема магнитного
материала (листа, ленты) _{к объему всего магнитного изделия характеризуется коэффициентом заполнения :}

Чем выше коэффициент заполнения,
тем больше индукция  магнитного
изделия при той же напряженности 
поля. Коэффициент  заполнения зависит 
также от плотности прилегания отдельных 
листов магнитомягкого материала друг
к другу. Необходимо помнить, что 
при увеличении коэффициента заполнения
путем увеличения толщины листа (ленты)
возрастают потери на вихревые токи и
в результате снижается рабочая частота
изделия. На магнитные свойства сердечника
оказывает влияние также магнитострикция
магнитного материала: чем меньше магнитострикция,
тем большим усилиям стяжки и обжатия
можно подвергнуть отдельные листы в стержне
и тем выше будет коэффициент заполнения.
Магнитострикция – изменение формы и
размеров тела при намагничивании.

Низкочастотные магнитомягкие материалы в свою очередь
подразделяют на низкочастотные с высокой
индукцией насыщения _{и низкочастотные с высокой магнитной
проницаемостью µ (начальной и максимальной ). [1,3]}

1.1 Материалы с высокой
индукцией насыщения

К этим материалам прежде всего 
относятся железо, нелегированные и 
легированные электротехнические стали.
Легированная сталь — сталь, которая кроме
обычных примесей содержит элементы, специально
вводимые в определённых количествах
для обеспечения требуемых физических
или механических свойств. Эти элементы
называются легирующими. Благодаря большой
магнитной индукции (_{), малой коэрцитивной силе (), достаточно высокой магнитной проницаемости
() и хорошей технологичности их применяют
в электротехнике для магнитных полей
напряженностью от до . [3]}

1.1.1 Железо

Термин «железо» соответствует 
названию химического элемента. В 
промышленном же применении железо представляет
собой сплав, в котором обязательно 
присутствует углерод.

Чистое железо содержит примесей не более
0,6%, в том числе углерода С < 0,04%. Наиболее
вредными примесями всех марок магнитного
железа являются углерод, азот, кислород,
сера, фосфор и особенно сильно ухудшает
магнитные свойства железа углерод в виде
цементита. Чистое железо является основным
компонентом большинства современных
магнитных материалов. Его  достоинства
— высокие показатели индукции насыщения
(_{), пластичности, коррозионной стойкости,
высокая технологичность, низкая цена
и доступность. Недостатки — низкое удельное 
сопротивление () и, как следствие, большие потери на 
вихревые токи, стали причиной того, что
чистое железо применяется только в изделиях,
работающих в постоянном магнитном поле,
и в виде ферромагнитной фазы в магнитодиэлектриках.
В зависимости от концентрации примесей
магнитные свойства железа, и в первую
очередь значения и µ, могут изменяться
в широких пределах. Чем меньше примесей
и менее дефектна кристаллическая решетка,
тем лучше магнитные свойства: больше
значения , и меньше (таблица 1).}

Для улучшения магнитных 
свойств все виды чистого железа 
подвергают специальной термической 
обработке — отжигу (вид термической
обработки металлов и сплавов, заключающийся
в нагреве до определённой температуры,
выдержке и последующем, обычно медленном,
охлаждении),  проводимому при температуре
900°С в течение 2—4 ч, и затем медленному 
охлаждению до 600°С. Весь цикл термообработки
осуществляют или в вакууме (для предохранения
металла от окисления), или в активной
среде (в чистом сухом водороде или в диссоциированном
аммиаке, состоящем из 75% водорода и 25%
азота), обеспечивающей дополнительную
очистку от вредных примесей. При термообработке
у железа снижаются внутренние напряжения,
уменьшается плотность дислокаций и концентрация
других дефектов кристаллической решетки
и, кроме того, укрупняется зерно и, следовательно,
уменьшается суммарная удельная поверхность
зерен.

Железо подвержено магнитному
старению вследствие структурных превращений;
в результате со временем увеличивается
коэрцитивная сила, иногда более чем в
1,5—2 раза. Магнитное старение (изменение
магнитных свойств (намагниченности и
др.) ферромагнетиков и ферримагнетиков
во времени, происходящее самопроизвольно
или под воздействием различных внешних
факторов) уменьшают путем легирования
некоторыми химическими элементами (например,
кремнием или алюминием), а также искусственным
старением, заключающимся в выдерживании
материала при 100°С в течение 100 –150 ч.

Механические напряжения,
возникающие при штамповке, резке 
и других видах обработки, а также 
при растяжении, сжатии или скручивании 
железа, могут значительно ухудшить
магнитные свойства.
_{Деформация на 0,5—1% вызывает снижение на 25—30% и возрастание на 15—20%. Внутренние напряжения снимаются
отжигом после обработки деталей. качестве
чистого железа в электро- и радиотехнике
используют технически чистое и особо
чистое железо. Они содержат меньше углерода
(цементита) и}

Таблица 1 – Магнитные 
свойства некоторых магнитомягких 
материалов

других вредных примесей,
чем  конструкционные стали (это
стали, которые применяются для изготовления
различных деталей, механизмов и конструкций
в машиностроении и строительстве и обладают
определёнными механическими, физическими
и химическими свойствами), и поэтому обладают
гораздо лучшими магнитными  свойствами.
Магнитные свойства отожженных образцов
этих материалов приведены в таблице 1.

Технически чистое
железо содержит углерода С < 0,025% и других
примесей не более 0,08—0,1%. В электротехнике
его иногда называют «армко железо» (от
первых букв фирмы «American Rolling Mill Company»).
Из-за низкого значения удельного сопротивления,
его в основном используют для магнитопроводов
постоянного магнитного потока, когда
несущественны потери на вихревые токи.

Наноиндустрия — научно-технический журнал — Наноиндустрия

В связи с работами по созданию сложной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), особенно специального назначения, остро стоит вопрос совершенствования методов экранирования ее от воздействия электромагнитного излучения (ЭМИ) радиочастотного диапазона. Такое экранирование в значительной степени влияет как на надежность функционирования самой РЭА, так и на обеспечение защиты окружающей среды в зоне ее функционирования.

Особенно остро стоит проблема экранирования РЭА в связи с применением во время боевых действий различного рода радиоэлектронного оружия, способного генерировать мощные широкополосные ЭМИ, выводящие из строя радиоэлектронные системы (рис.1).
С увеличением быстродействия электронных схем растут рабочие частоты, что приводит к повышенным требованиям к экранированию блоков устройств (рис.2), печатных узлов (ПУ) и отдельных элементов в ПУ с целью обеспечения их электромагнитной совместимости (ЭМС).
Для создания экранирующих конструкций наиболее широко применяются металлы (электростатическое экранирование, экранирование в дальней зоне) и специальные магнитомягкие сплавы и ферриты (экранирование от магнитного излучения в ближней зоне). Указанные материалы имеют ряд недостатков. Металлы, например, не способны защитить РЭА от магнитных полей. В основе механизма экранирования металлами лежит явление отражения, а не поглощение ЭМИ.
Отражение приводит к резонансу и усилению ЭМИ, появлению стоячих волн, что может быть причиной сбоя в работе РЭА. Для обеспечения высокой степени экранирования к конструкции экрана предъявляется требование омического контакта между его составляющими с максимально возможным низким переходным сопротивлением [1]. Недостатком магнитомягких сплавов и ферритовых материалов является их высокая стоимость и нетехнологичность (многие материалы хрупки), что заставляет увеличивать толщину экрана, другие материалы нельзя сваривать так как это приводит к потере их магнитных свойств. «Универсальными» материалами, способными существенно повысить надежность компонентов РЭА, их ЭМС, а также снизить себестоимость за счет упрощения конструкции и технологии изготовления, могут стать наноструктурированные композиционные радиопоглощающие материалы (НКРМ) на полимерной основе.

На основе анализа информации [2–8] и предварительных экспериментов авторами сформулированы требования, выполнение которых необходимо для достижения НКРМ максимальных радиопоглощающих свойств.
Структура НКРМ должна соответствовать следующим условиям:
наличие в полимерной матрице развитой электропроводящей наносети;
присутствие изолированных друг от друга наночастиц магнитного вещества;
обеспечение дополнительного ослабления ЭМИ за счет диэлектрических потерь;
наличие структурных элементов, способствующих образованию релеевских рассеивающих структур и зон, где происходит сложение волн в противофазе;
достижение минимальной разности волновых сопротивлений на границе НКРМ/воздух.
Эксперименты авторов показали, что в качестве компонента наносети, ответственной за поглощение электрической составляющей ЭМИ, наиболее перспективны углеродные нановолокна (УНВ), особенно в случае их функцианализации, например обработки поливиниловым спиртом (ПВС) или активации гидрооксидом калия (КОН) (рис.3).
Другое требование к НКРМ – наличие в них изолированных друг от друга наночастиц магнитного вещества. В качестве компонентов, поглощающих магнитную составляющую ЭМИ, наибольший интерес представляют магнитные наноматериалы, размер частиц которых сопоставим с размером магнитного домена. Учитывая технологичность синтеза и применения, наиболее перспективными для вышеназванных целей представляются наполнители на основе наноферритов. Наполнитель представляет собой немагнитную матрицу, в нанопорах которой находятся кластеры феррита. Для получения таких наполнителей наиболее технологичны методы, основанные на одновременном синтезе матрицы и ферритовых нанокластеров. Первый состоит в осаждении матрицы в суспензии ферритообразующих прекурсов. По второму – наноферритовый композит получают путем пиролиза аэрозолей (рис.4).
В ходе экспериментов отмечено, что радиопоглощающая способность ферритовых композитов зависит не только от химического состава и размера наночастиц, но и от их формы. На рис. 5 приведены зависимости радиопоглощающих свойств НКРМ от условий синтеза феррита структуры шпинели состава 50Fe2O3×35ZnO×15NiO с матрицей из оксида кремния.
Видно, что при вводе в полимерную матрицу наноферритовых композиционных наполнителей в количествах более 20% получаются НКРМ, сравнимые по магнитным свойствам с одним из лучших магнитомягких металлических сплавов – альсифером. Это подтверждает возможность создания НКРМ, выгодно отличающихся технологичностью от традиционно используемых для радиоэкранирования магнитомягких сплавов.
Чтобы НКРМ обеспечивали дополнительное ослабление ЭМИ, необходимо наличие в НКРМ диэлектрической фазы.
В качестве такой фазы может выступать сама полимерная матрица (при вводе количества УНВ, достаточного для образования непрерывной наносети, могут возникать микрообъемы полимерной матрицы с ярко выраженными свойствами диэлектрика). Для увеличения диэлектрических свойств микрообъемов матрицы в нее могут дополнительно вводиться нанонаполнители, например оксиды кремния или молибдена (рис.6). Композиционные ферритовые наполнители с диэлектрической минеральной матрицей также увеличивают диэлектрические потери при прохождении ЭМИ через НКРМ.
Еще одно требование, предъявляемое к НКРМ, – наличие в них структурных элементов, обеспечивающих образование релеевских рассеивающих структур и зон, где происходит сложение волн в противофазе. Для создания таких зон необходимо наличие в структуре НКРМ элементов с размерами, большими длины электромагнитной волны. Степень отражения волн тем выше, чем больше разность волновых сопротивлений на границе раздела фаз внутри НКРМ. Использование в качестве отражателей стеклянных металлизированных микросфер [9] достаточно эффективно, но приводит к увеличению стоимости покрытия. В определенной степени такие отражатели могут быть заменены металлосиликатными микрогранулами, изготавливаемыми по схожей с вышеописанной технологией получения наноферритных композиционных наполнителей, с использованием в качестве прекурсов формиатов металлов 3d подгруппы. Однако, по мнению авторов, наиболее эффективна частичная замена образующих электропроводящую наносеть УНВ на металлические нанопроволоки (МНП).
Во-первых, такая замена не сказывается на суммарной электропроводящей способности наносети, во-вторых, МНП из железа вносят вклад в поглощение магнитной составляющей ЭМИ. Частичная замена УНВ на МНП не приводит к существенному росту разности волновых сопротивлений на границе НКРМ/воздух, но резко увеличивает разность волновых сопротивлений на границе наносеть/полимерная матрица. В результате в НКРМ возникают релеевские зоны, причем они максимально распределены по объему полимерной матрицы. На рис.7 показано влияние на радиопоглощающие и радиоотражающие свойства НКРМ частичной замены УНВ на синтезированные авторами МНП.
Как уже было сказано, частичная замена УНВ на МНП не приводит к существенному росту разности волновых сопротивлений на границе НКРМ/воздух, а значит, не противоречит требованию, чтобы такая разность на этой границе была минимальной.
Хорошо известен синтез углеродных наноматериалов (УНМ) в нанореакторах полимерных матриц с одновременным образованием некоторого количества МНП. Установлено, что для увеличения выхода МНП, наилучшим образом подходящих для создания НКРМ (при использовании в качестве матрицы ПВС), целесообразно использовать смесь оксалатов и формиатов металлов с их хлоридами, а не чистые хлориды, как в синтезе, описанном в [10].
Еще одним перспективным направлением является получение УНВ, наполненных наноферритами. Разработка методов синтеза, продуктом которого являлся бы наноматериал, содержащий смесь МНП, УНВ и УНВ, наполненных ферритом (фактически речь идет о матричных наноферритах, где роль матрицы выполняет углеродная стенка нановолокна), позволил бы значительно снизить себестоимость НКРМ. Первые проведенные авторами эксперименты показали возможность осуществления такого синтеза, а также возможность влиять на соотношение компонентов получаемого наноматериала.
Практическое применение НКРМ предложенной авторами структуры для создания РЭА продемонстрировано на рис.8.
В приведенной схеме конструкции блока РЭА для устранения нежелательных резонансных явлений использовано покрытие из НКРМ. Для устранения основных утечек через швы и апертуры [1] применены герметики и резиноподобные уплотняющие прокладки. Вместо сотовых вентиляционных панелей или отверстий в форме выдавок, играющих роль запредельных волноводов, применен НКРМ с пористой структурой, создающей малые аэродинамические потери при прохождении через него воздушного потока. Вместо металлической гребенки из бериллиевой бронзы для предотвращения утечек через дверные щелевые зазоры использованы эластичные уплотнительные прокладки из НКРМ.
На рис.9 приведен график, демонстрирующий на примере простейшей конструкции – корпуса РЭА –эффект применения НКРМ, отвечающих выдвинутым требованиям.
Применение НКРМ позволяет снизить себестоимость изделий путем упрощения их конструкции и технологии изготовления за счет снижения требований к омическому контакту и смены механизма экранирования с отражения на поглощение, что дополнительно дает возможность устранить резонансные явления. Использование НКРМ возможно и в уже существующих конструкциях для устранения резонансных эффектов и снижения утечек через швы.
По результатам анализа экспериментов по созданию наноструктурных композиционных радиопоглощающих материалов с предложенной структурой можно констатировать, что комплекс предложенных технических решений позволяет рассчитывать на синтез наноструктурных композиционных материалов, обладающих повышенными радиопоглощающими свойствами, высокой технологичностью и в целом значительно повышающих надежность РЭА.
С учетом вышеизложенного в качестве перспективного направления работы рассматривается разработка и изготовление в соответствии с сформулированными техническими требованиями опытных «серийных» образцов, создание оптимальных методов промышленного производства радиопоглощающих материалов и синтеза нанокомпонентов, а также стандартизация способов их применения. Все это позволит в условиях серийного производства достигнуть не только высоких технологических результатов, но и значительно снизить, по сравнению с опытными образцами, себестоимость самих радиопоглощающих наноматериалов.

Литература
1. Кечиев Л.Н. Экранирование электронных средств и экранирующие системы. Материалы семинара. – М.: ИТД «Технологии», 2007, с.11, 61–62.
2. Патент № 2247759, Россия, опубликован 2005.03.10.
3. Патент № 314483, Япония, опубликован 1992.03. 13.
4. Патент № 5965056, США, опубликован 1999.10.12.
5. Патент № 2273925, Россия, опубликован 2006.04.10.
6. Патент № 2300832, Россия, опубликован 2007.06.10.
7. Заявка РФ № 2003118967, опубликована 2005.02.10.
8. Заявка РФ № 2004126880, опубликована 2006.02.20.
9. Заявка РФ № 2003100064, опубликована 2004.07.10.
10. Липанов А.М., Кодолов В.И., Хохряков Н.В., Дидик А.А., Кодолова В.В., Семакина Н.В. Проблемы создания нанореакторов для синтеза металлических наночастиц в углеродных оболочках. – Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ, 2005, № 2(22), с. 59–63.

Магнитомягкие материалы для устойчивого и электрифицированного мира (Журнальная статья)


Сильвейра, Жозефина М., Феррара, Энцо, Хубер, Дейл Л. и Монсон, Тодд К. Магнитно-мягкие материалы для устойчивого и электрифицированного мира . США: Н. П., 2018.
Интернет. DOI: 10.1126 / science.aao0195.


Сильвейра, Жозефина М., Феррара, Энцо, Хубер, Дейл Л. и Монсон, Тодд К. Магнитно-мягкие материалы для устойчивого и электрифицированного мира . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1126/science.aao0195


Сильвейра, Жозефина М., Феррара, Энцо, Хубер, Дейл Л. и Монсон, Тодд К. Пт.
«Магнитомягкие материалы для устойчивого и электрифицированного мира». Соединенные Штаты. https: // doi.org / 10.1126 / science.aao0195. https://www.osti.gov/servlets/purl/1485850.

@article {osti_1485850,
title = {Магнитомягкие материалы для устойчивого и электрифицированного мира},
author = {Сильвейра, Жозефина М. и Феррара, Энцо и Хубер, Дейл Л. и Монсон, Тодд К.},
abstractNote = {Магнитомягкие материалы являются ключом к эффективной работе следующего поколения силовой электроники и электрических машин (двигателей и генераторов).Многие новые материалы были введены после открытия Майклом Фарадеем магнитной индукции, когда железо было единственным вариантом. Однако, поскольку полупроводниковые устройства с широкой запрещенной зоной становятся все более распространенными как в силовой электронике, так и в контроллерах двигателей, существует острая необходимость в дальнейшем улучшении магнитомягких материалов. Эти улучшения будут необходимы для реализации всего потенциала эффективности, размера, веса и мощности высокочастотной силовой электроники и электрических машин с высокой скоростью вращения. Здесь мы познакомим вас с магнитомягкими материалами и их применением в силовой электронике и электрических машинах.Кроме того, мы рассматриваем наиболее многообещающие варианты, доступные сегодня, и описываем новые подходы к созданию еще более совершенных магнитомягких материалов.},
doi = {10.1126 / science.aao0195},
url = {https://www.osti.gov/biblio/1485850},
journal = {Science},
issn = {0036-8075},
число = 6413,
объем = 362,
place = {United States},
год = {2018},
месяц = ​​{10}
}


Метод исследования наноструктурированных магнитомягких материалов

500 Дж.Hesse et al. / M¨

оссбауэровские эксперименты в радиочастотных магнитных полях

сплав Fe – Si – B, добавляются небольшие количества Cu и, например, Nb. Так был обнаружен знаменитый сплав

FINEMET или VITROPERM, состоящий из Fe (Cu, Nb) SiB. Этот сплав

образует (после соответствующей термической обработки) наноразмерные кристаллы, и благодаря этому факту

он демонстрирует очень хорошие магнитомягкие свойства, такие как высокая проницаемость и очень низкая магнитострикция

в сочетании с высокой намагниченностью насыщения.Связь между наноразмерной структурой

и мягким магнетизмом хорошо объясняется «моделью случайной анизотропии

» [8,9], которая предсказывает эффект усреднения магнитокристаллической анизотропии.

Это происходит из-за того, что наноразмерная фаза состоит из частиц, диаметр которых на

меньше длины магнитной корреляции. Кроме того, в этом специальном сплаве с наноразмерной структурой

магнитострикция наноразмерных частиц просто компенсирует магнитострикцию оставшегося аморфного компонента

.

Предыдущие исследования сплавов FINEMET или VITROPERM с использованием M¨

ossbauer ef-

fect были ограничены информацией, касающейся идентификации фаз сплава и

их относительных количеств (например, Fe – Si- или Fe – B-фазы [11,12]). Мы успешно применили к образцу

магнитное высокочастотное поле, собрав спектр осбауэра M spectrum

, и

получили информацию о локальной магнитной анизотропии и одновременно магнитострикции

[4,6,10].

Цель этой статьи — показать, как эксперименты

приводят нас к более глубокому пониманию эффекта частичного и селективного коллапса и какую информацию о

локальных магнитных свойствах наноразмерных зерен можно получить из этого. Поэтому

эта статья будет состоять из экспериментальной части и короткой части, представляющей модель

описания явления.

2. Эксперименты

Аморфный Fe73, полученный формованием из расплава.Сплав 5Cu1Nb3Si13.5B9 производился на заводе Vac-

uumschmelze GmbH, Ханау, Германия. Ленты имели толщину около 19 мкм и ширину

15 мм. Как и в наших более ранних исследованиях [11,12], характерные температуры, например

начала нанокристаллизации (Tx примерно от 500 ° C до 550 ° C), были определены

измерениями удельного электрического сопротивления или измерениями ДСК и намагниченности, все

при постоянной скорости нагрева. Обычные одночасовые отжиги выполнялись в управляемой печи с компьютером

в атмосфере газообразного гелия.Исследования микроструктуры обожженных образцов

проводились методами стандартной осбауэровской спектроскопии M¨

и дифракции рентгеновских лучей

; дополнительно использовалась просвечивающая электронная микроскопия [4]. Для сбора

оссбауэровских спектров M¨

мы использовали спектрометр постоянного ускорения и источник 57Co-in-Rh

с активностью около 25 мКи. Обычные спектры регистрировались в отсутствие

какого-либо магнитного поля. Для радиочастотного метода осбауэра M¨

поглотитель

подвергался воздействию магнитного поля (частота 60.8 МГц, максимальная амплитуда поля 20 Э)

, приложенного в плоскости образца. Во избежание высокочастотного нагрева поглотители

были установлены на держателе образцов с водяным охлаждением. После каждого радиочастотного измерения собирали стандартный спектр пропускания

, чтобы проверить, не произошло ли никаких изменений в структуре образцов

из-за радиочастотного нагрева или вынужденных радиочастотных колебаний.

Электромагнитное экранирование: зачем и как?

Лаура ван Хоф // 24 марта 2021 года

Электромагнитное экранирование — это практика уменьшения электромагнитного поля в пространстве путем блокирования поля с помощью барьеров из проводящих или магнитных материалов.Электромагнитное экранирование, которое блокирует радиочастоты и электромагнитное излучение, также известно как радиочастотное экранирование.

Экранирование может уменьшить влияние радиоволн, электромагнитных полей и электростатического заряда.

Проводящий корпус, используемый для блокировки электростатических полей, также известен как клетка Фарадея.

Уменьшение во многом зависит от используемых материалов, их толщины, размера экранированного объема и частоты исследуемых полей. Толщина материала определяет, какие частоты будут заблокированы для входа или выхода из клетки Фарадея.Для низких частот, например, 10 кГц — это слой мягкой стали толщиной 6 мм, необходимый для снижения на 80 дБ, но частота 30 МГц может быть экранирована медной фольгой толщиной 0,03 мм.

Используемые материалы в радиочастотном экранировании

Медь

ВЧ-экраны на основе меди легко изготовить и придать им нужную форму. Его высокая проводимость делает его эффективным экраном от радиочастотного излучения.

Мю-металл

Мю-металл — это мягкий ферромагнитный сплав никеля и железа с очень высокой проницаемостью, который используется для защиты чувствительного электронного оборудования от статических или низкочастотных магнитных полей (например, индуктивных датчиков приближения жестких дисков).

Алюминий

Алюминий — универсальный компонент для защиты от радиочастот. Его можно использовать в качестве фольги для блокировки низкочастотных радиополей или интегрировать в конструкцию, чтобы обеспечить встроенный экран от радиочастот.

Рисунок 1: Примеры защиты от радиочастот. Источник: qosmotec.com/Holland Shielding Systems BV

Как создать оптимальное экранирование от электромагнитных помех

Есть несколько способов создать оптимальное экранирование от электромагнитных помех:

1. ВЧ-часть на печатной плате будет защищена консервной банкой.
2. Вся печатная плата будет защищена фольгой, оберткой или коробкой.
3. Или крайний корпус также экранирован.

Экранирование электронных товаров, помещенных в пластиковые корпуса, может быть выполнено путем покрытия внутренней части корпуса металлическими чернилами или аналогичным материалом. Чернила состоят из материала-носителя, наполненного подходящим металлом, обычно медью или никелем в форме очень мелких частиц.

Радиочастотные магнитные поля нарушают магниторецепцию у американских тараканов

РЕЗЮМЕ

Чувство, которое позволяет птицам ориентироваться по магнитному полю Земли.
поле может быть отключено осциллирующим магнитным полем, напряженность которого всего лишь
часть напряженности геомагнитного поля, колебания которой попадают в
диапазоны средних или высоких частот радиоволн.Это замечательное явление
очень четко указывает на одну из двух существующих альтернативных магниторецепции
у наземных животных, т. е. механизм, основанный на радикальном
парные реакции специфических светочувствительных молекул. Как первое такое исследование
у беспозвоночных наша работа свидетельствует о том, что прием геомагнитного поля в
Американский таракан чувствителен к слабому радиочастотному полю. Более того,
мы показываем, что «оглушающий» эффект на частоте Лармора 1,2 МГц сильнее
чем на разных частотах.Параметр был изучен рост опорно-двигательного аппарата
активность тараканов, вызванная периодическими изменениями геомагнитного Севера
позиции на 60 град. Начало разрушающего действия поля 1,2 МГц было
находится между 12 нТл и 18 нТл, тогда как порог удвоенной частоты
поле 2,4 МГц упало между 18 нТл и 44 нТл. Поле 7 МГц не оказало влияния
даже при максимальной плотности магнитного потока 44 нТл. Результаты указывают на резонанс
эффекты, а не неспецифическая предвзятость самой процедуры и предполагают, что
насекомые могут быть оснащены такой же магнитоприемной системой, что и
птицы.

ВВЕДЕНИЕ

Для объяснения механизма приема были предложены два основных принципа.
используются наземными животными для определения геомагнитного поля (обзор
Йонсен и Ломанн, 2008;
Вильчко и Вильчко,
2006 г.). Так называемый механизм на основе магнетита предполагает
наличие ферримагнетиков, частиц оксида железа в тканях
(Fleissner et al., 2003;
Флейсснер и др., 2007;
Киршвинк и др., 2001) и
другой принцип постулирует механизм, основанный на парах радикалов
(Ритц и др., 2000). Пока
ферримагнитное магниторецепция в принципе можно рассматривать как своего рода
механорецепция механизм радикальной пары — это система, тесно связанная с
фоторецепция. Учитывая текущие интенсивные обсуждения, пока
неподтвержденная молекулярная основа ощущения магниторецепции, это вполне естественно
что интерес экспериментаторов и теоретиков обращается к
нейроэтологические эксперименты, которые могут указать на тот или иной тип
рецептивный механизм максимально избирательно и однозначно.An
экспериментальное вмешательство, которое могло бы вызвать потерю магниторецептивного
поведение путем деактивации только одного из двух возможных механизмов, в то время как
оставление другого нетронутым в идеале соответствовало бы этому условию.

Короткий и сильный магнитный импульс, предназначенный для переворота или нарушения работы компаса.
ориентация считается своего рода экспериментальным вмешательством, которое может
влияют на механизм трансдукции на основе магнетита, но не должны иметь долгосрочного
влияние на светочувствительные процессы пар радикальных реакций
[Эксперимент по импульсному перемагничиванию Калмийна – Блейкмора
(Kalmijn and Blakemore, 1978)].Влияние такого экспериментального лечения на магнитную ориентацию у животных,
хотя и в различных формах, действительно были зарегистрированы у ряда животных
(Holland et al. , 2008;
Ирвин и Ломанн, 2005;
Wiltschko et al., 2002).

Однако можно провести несколько экспериментов разных типов, которые
не повлияет на функцию рецептивных структур на основе оксида железа
но будет мешать светочувствительной, радикальной паре, магниторецепции
механизм. Они включают эксперименты по изучению эффектов цвета и
сила света при магнитной ориентации
(Wiltschko et al., 2008). В
недостатком таких экспериментов является то, что они включают процедуры, которые теоретически
может повлиять не только на магниторецепцию, но и на мотивацию
животные, чтобы использовать компас.

Гораздо более многообещающий экспериментальный дизайн, который не вызовет никакого отклика.
от ферримагнитных структур и будет незаметна для «основных» пяти
чувства включают использование слабого радиочастотного (РЧ) поля, которое мешает
с собственными колебаниями между спиновыми состояниями радикальной пары.Такое поле
в диапазоне примерно 0,1–100 МГц на фоне
конкретное статическое геомагнитное поле будет иметь наибольший эффект, если его
частота точно совпадает с резонансной частотой радикальной пары (Лармор
частота, см. также Обсуждение). В этом случае радиочастотное поле может быть только
доля фона геомагнитного поля
(Ритц и др., 2009). Первоначально
предсказанный только теоретически, в конечном итоге было обнаружено, что этот эффект действительно
существуют у птиц (Thalau et al.,
2005; Ritz et al.,
2009 г.). Этот тест настолько хорошо отвечает требованиям селективности, что
был назван диагностическим тестом для механизма радикальной пары
(Ритц и др., 2004).

Для максимального использования потенциала теста представляется жизненно важным составить карту
частотный спектр и пределы частоты и интенсивности этого
необычное явление, чтобы исключить давние сомнения в диагностике
качество теста (Кавокин,
2009), например чтобы исключить некоторую возможность смещения
неспецифические индуктивные эффекты высокочастотного поля
(Йонсен и Ломан, 2008 г.).An
анализ эффектов различных комбинаций интенсивности и частоты
радиочастотного поля на магниторецептивное поведение может, в то же время, помочь
лучше идентифицировать фотопигменты, участвующие в первичных процессах
магниторецепция (Ritz et al. ,
2009; Соловьев и Шультен,
2009; Thalau et al.,
2005).

В то время как радиочастотное воздействие на магниторецепцию у позвоночных уже было
протестированы, и исследования по ним все еще продолжаются
(Ritz et al., 2009) существует
нет информации о воздействии РЧ на магниторецепцию у беспозвоночных, оснащенных
с магнитным чувством.

В нашем исследовании мы использовали анализ магнитной восприимчивости в американских
таракан ( Periplaneta americana L.) по данным мониторинга
повышение двигательной активности насекомых, находящихся в периодически вращающемся
геомагнитное поле (Vácha,
2006 г.). Основная цель заключалась в том, чтобы определить, может ли слабый RF
field смогла дезактивировать насекомое, зондировавшее геомагнитное поле. Если оно
была, следующая цель состояла в том, чтобы определить, насколько пороговые значения
эффективные интенсивности меняются на разных частотах.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Проба для определения магнитной восприимчивости тараканов (подробнее см.
Вача, 2006) основан
при сравнении активности (количество изменений положения тела более 15
град.) в интервале (и 45 мин после) в интервале, в котором положение магнитного
Север повернут на 60 град. туда и обратно (периоды CDE, 11.30–13.45 ч) и
интервал до и после магнитной обработки (периоды ABF,
10.00–11.30 и 13.45–14.30).

Животные

американских тараканов содержали в полупрозрачных ведрах в течение 12 ч. 12 ч.
светлый: темный режим и при температуре от 27 ° C до 30 ° C.Вода и
гранулы корма для кошек были предоставлены ad libitum . Перед тестом
ведро с тараканами поместили в холодильник примерно на 30 мин, чтобы
обездвижить их и облегчить обращение. По одному таракану помещали в каждую из
11 чашек Петри диаметром 15 см. С 14:30 до 16:00 Петри
посуду принесли в испытательную комнату, где животные оставались до
конец отбора проб на следующий день без каких-либо помех.

Испытательная установка

Чашки Петри помещали на стеклянный стол и изображения позиций
животных снимали каждую минуту обычной веб-камерой (Genius, Comp. Tech., Дубай, ОАЭ), расположенная на 1 м ниже на полу и скрытая за черным
ткань. Полоска бумаги, обернутая вокруг каждой посуды, предотвращала
животные не видят друг друга. Кроме того, был составлен набор из 11 чашек Петри.
покрыт круглой ареной из белого пластика (56 см в диаметре и 42 см в
высота). Обод арены был разделен на 48 секторов (виден только на ПК
монитор), позволяющий определять положение животных.

Для рассеивания света арену накрыли крышкой прозрачно-белого цвета.
Perspex.Лампа матовая белая (40Вт, мягкий тон, Philips, Гамбург, г.
Германия), помещенная на 50 см над крышкой, освещала экспериментальное пространство. В
тараканы могли видеть только белую крышку, белые стены вокруг них и
черная ткань внизу. Стол с ареной помещался внутри катушки Мерритта.
Температура в помещении для испытаний составляла 23 ° C (± 1 ° C).

Магнитные условия

Естественный геомагнитный фон в лаборатории был следующим:
горизонтальная составляющая 18.3 ± 0,2 мкТл, полный вектор 42,9 ± 0,2 мкТл,
наклон 64 ± 1 град. uT ^–1 ; пространственные вариации в
область арены была <2% (измерено магнитометром HMR 2300 Honeywell, NJ, СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ).

Экспериментально повернута только горизонтальная составляющая на 60 град.
по часовой стрелке (CW) с помощью горизонтальной четырехэлементной катушки Мерритта (2 м × 2
м × 2 м) (Merritt et al.,
1983). Система катушек питалась и постоянно заземлялась с помощью
поставщика питания постоянного тока [DF1730SB, Ougen Electronics (Ningbo) Co.Ltd, Китай],
который был постоянно включен. Магнитная обработка состояла из девяти
5-минутные автоматически устанавливаемые трапециевидные импульсы, которые повернули геомагнитный север на
60 град. в интервале CDE.

Радиочастотное магнитное поле: максимальная интерференция радиочастотного поля с радикальной парой
колебания ожидаются в области так называемой ларморовской частоты (НЧ)
(Ритц и др., 2009). Лармор
частота прямо пропорциональна напряженности геомагнитного поля согласно
уравнение LF = 0,028 × B , где B — магнитный поток
плотность геомагнитного поля.Рассчитано для наших лабораторных условий,
использованный результат был 1,2 МГц.

РЧ поле генерировалось, как описано Ritz et al.
(Ritz et al., 2004), РФ
генератор Stanford Research System DS 34 и усиленный с помощью ВЧ усилителя
Research AF Model 25 W 1000 (Stanford Research Systems, Саннивейл, Вирджиния, США).
Генератор и усилитель (оба постоянно включены) были расположены в
Соседняя комната на расстоянии 6 м. Поле измерялось спектром
анализатор HP89410A с калиброванным зондом (Rohde and Schwarz, Мюнхен, Германия)
с шагом 0.25 Гц. Затем плотности потока были интегрированы и преобразованы
в нТл. Полоса пропускания составляла 2,25 Гц. Петля генерации ВЧ поля была
построенный как одна горизонтальная намотка коаксиального кабеля вокруг Merritt
катушка в плоскости испытательного стола (т.е. квадрат 2 м × 2 м). 2 см
кусок экрана был удален в центре петли. Радиочастотное поле
вектор, а геомагнитный вектор, таким образом, составляет 26 град. угол.

На первом этапе плотность потока вертикального радиочастотного поля 1,2 МГц была установлена ​​равной 44
нТл, т.е. уровень, соответствующий 0,1% от естественного значения поля, которое мы
считалось достаточно высоким, чтобы мешать механизму магниторецепции, так как
это происходит с птицами. Позже мы использовали более низкие уровни (18 нТл и 12 нТл) для поиска
нижний предел влияния радиопомех. Локализовав интенсивность
пороговую зону для ларморовской частоты мы исходим с двойной частоты (2,4
МГц) и ранее эффективные плотности потока (18 и 44 нТл).
опять таки. Наконец, было испытано воздействие самого интенсивного поля в 44 нТл.
еще раз на частоте 7 МГц.

Фотические условия

Белая лампочка (40 Вт, Philips) освещала арену через крышку
рассеивая свет так, чтобы его интенсивность внизу составляла 0,68
Wm ^–2 в центре арены и 0,64
Wm ^–2 по линии стены (International Light IL700, SHD 033
зонд, Пибоди, Массачусетс, США).

Отбор проб

Веб-камера начала автоматическую съемку из расчета 1 снимок.
min ^–1 , когда чашки Петри были поставлены на свои места и
закончил на следующий день по окончании теста в 14.30 ч. Рамы с 10.00 ч.
до 14.30 ч были разделены на шесть 45-минутных интервалов: первые два (A, B) до
к северу вращения, два средних интервала (C, D), когда поле было повернуто
вперед и назад на 60 град. CW с частотой 1 раз в 5 мин и последние две
интервалы (E, F) после магнитной обработки.

Изменения оси тела определялись визуально на мониторе с помощью Screen
Программное обеспечение транспортира
(Iconico.com
Программное обеспечение, Нью-Йорк, Нью-Йорк, США). Применен двойной слепой дизайн: лица
приготовление блюд или определение углов и оценка деятельности были
не знает, какой набор изображений (т.е. какое РЧ поле или управление) они
оценивали. Никто не участвовал в эксперименте, кроме загрузки
блюда.

Статистическая обработка

Как описано в Вача
(Вача, 2006), Вилкоксон
зависимый тест использовался для сравнения частоты изменения ориентации тела
в интервале CDE (вращения на север и 45 мин после)
против интервала ABF (северное положение стабильно).

РЕЗУЛЬТАТЫ

В базовой серии управления в естественном поле и без магнитных
стимуляция (рис.1Б) есть
не было различий в двигательной активности между CDE и ABF
интервалы (рис. 1А)
( N = 73, критерий Вилкоксона, P = 0,73). В следующем эксперименте
без применения радиочастотного поля, но с периодически поворачивающейся горизонтальной
геомагнитный вектор (рис. 1В),
активность в критическом интервале CDE периодически вращающегося Севера была
значительно выше, чем в интервале ABF, когда геомагнитное поле было
невозмущенный (рис. 1А)
( N = 70, критерий Вилкоксона, P = 0.003). Функциональность
Таким образом, основной тест магниторецепции был успешно проверен, и мы смогли
перейти к полевой заявке РФ.

Когда вертикальное РЧ поле при плотности магнитного потока 44 нТл (0,1% естественного
геомагнитный фон), не было заметного отклика на магнитный север
вращение наблюдалось (рис. 1D)
и параметр теста CDE / ABF не был значимым
(Рис. 1A) ( N = 69,
Тест Вилкоксона, P = 0,78). Нет значительного ответа на магнитную обработку
было обнаружено даже при уменьшении плотности потока ВЧ-поля до 18 нТл.
(Рис.1E)
(Рис. 1A; N = 71,
Тест Вилкоксона, P = 0,88). Это было только тогда, когда плотность потока ВЧ-поля
был уменьшен до 12 нТл (рис.
1А, Е), что картина повышенной двигательной активности вновь появилась.
в критический период CDE ( N = 70, критерий Вилкоксона,
P = 0,01).

Результаты показали, что начало разрушающего воздействия 1,2 МГц
вертикальное радиочастотное поле на магниточувствительном отклике составляло от 12 нТл до 18 нТл.
плотности магнитного потока, что соответствует примерно 0.03% от
геомагнитный фон. Достигнув этого этапа, мы хотели узнать,
Эффект покажет частотную зависимость, поэтому мы удвоили частоту до 2,4
МГц.

В поле 2,4 МГц, поле 44 нТл (рис.
1G), реакции на магнитную обработку не наблюдалось.
(Рис. 1A; N = 79,
Тест Вилкоксона, P = 0,74). При уменьшении до 18 нТл РФ не нарушала
магниточувствительная реакция (рис.
1H) (фиг. 1A;
N = 88, критерий Вилкоксона, P = 0,03). Таким образом, порог
разрушительные эффекты 2.ВЧ поле 4 МГц было обнаружено между 18 нТл и 44 нТл.

Даже самое интенсивное поле с плотностью потока 44 нТл
(Рис. 1I) не повлияли
магнитная восприимчивость при использовании частоты 7,0 МГц
(Рис. 1A; N = 82,
Тест Вилкоксона, P = 0,03).

ОБСУЖДЕНИЕ

РФ: от птиц к насекомым

Птицы стали наиболее изученной группой в отношении РФ.
эффекты (Ritz et al., 2004;
Ритц и др., 2009;
Stapput et al., 2008;
Thalau et al., 2005;
Wiltschko, W. et al., 2007;
Вильчко Р. и др., 2007).
Они теряют ориентацию компаса при низкой интенсивности РЧ 5–15 нТл, что
соответствует примерно 0,01% статического фонового геомагнитного поля
(Ритц и др., 2009). Помимо
птиц, были протестированы только грызуны, но никаких эффектов не обнаружено, и кажется, что
подземные млекопитающие используют другой механизм приема
(Thalau et al., 2006;
Wegner et al., 2006). В
эффект не является абсолютно универсальным и у птиц. Эксперименты с
специальные световые режимы и местная анестезия верхней части клюва там, где магнетит
найдено (Wiltschko et al.,
2005) предполагают, что птицы, вероятно, оснащены обоими
альтернативные механизмы, то есть на основе радикальной пары и на основе магнетита
те, для разных типов ориентационного поведения. Модель магнетита [май
быть старше с эволюционной точки зрения
(Wiltschko, R. et al., 2007)]
кажется наиболее вероятным для очень точного определения интенсивности и
наклон поля Земли, т.е.для так называемого смысла карты, тогда как
модель на основе радикальных пар была бы наиболее вероятной для так называемого
компас механизм.

Результаты нашего исследования демонстрируют чувствительность насекомого
система приема, которая отслеживает положение вектора геомагнитного поля до слабой
высокочастотное магнитное поле. Этот результат предполагает, что насекомые используют
процессы на основе радикальных пар по крайней мере для некоторых типов магниточувствительных
поведение. Нижний предел чувствительности к ВЧ-полю (12–18 нТл)
найденные в нашем исследовании близки к значениям, найденным у европейских малиновок (5–15
нТл). Это сходство между таксонами с такими разными требованиями к ориентации
как наземные насекомые и перелетные птицы указывает на то, что поле РФ
вероятно, влияет на их общий периферический механизм, а не на высший мозг
центры, которые объединяют различные сенсорные входы.Критика роли
Криптохромы в магниторецепции, согласно которым они не первичны
датчики поля и служат только для калибровки компаса на основе магнетита относительно
Солнце, таким образом, кажется маловероятным.

Ввиду обнаруженных низких порогов чувствительности нельзя исключить, что
почти вездесущий электромагнитный смог придется принимать больше
серьезно в экспериментах по магниторецепции на животных, чем обычно
предполагается на сегодняшний день.

Кроме того, наши результаты показывают, что порог интенсивности
«оглушающее» РЧ-воздействие зависит от частоты, его наименьшее значение обнаружено в
близость ларморовской частоты 1.2 МГц. Магнитное поле на лармурской частоте
(значение меняется в зависимости от геомагнитного фона), как ожидается, будет больше всего мешать
эффективно с такой радикальной парой, где один из радикальных партнеров
лишен каких-либо магнитных взаимодействий, кроме как с геомагнитным полем
(Ритц и др., 2009). А
Молекула, отвечающая такому условию, по-видимому, является супероксидным радикалом.
Этот радикал (вместе с фоторецепторами криптохрома в качестве партнера реакции)
должен связывать фото- и магниторецепцию птицы
(Соловьев и Шультен,
2009 г.).

Неспецифическое смещение RF?

Феномен РЧ-чувствительности биологически релевантных магниточувствительных
радикальные парные реакции сталкиваются с критикой относительно рисков возможных
предвзятые неспецифические воздействия. Другие физиологические системы, кроме
магниторецепторы теоретически могут быть подвержены влиянию радиочастотного или радиочастотного излучения.
системы, например эффекты электромагнитной индукции или подавления вибраций
естественное поведение и мотивация животных. Следуя этому аргументу, он
разумно предположить, что тараканы будут воспринимать произвольные
неспецифические радиочастотные эффекты как мешающие сигналы с воздействием, сравнимым с этим
обработки геомагнитного поля.Периодическая 60 град. вращения геомагнитных
поле вызывают беспокойство тараканов (серые полосы в
Рис. 1А). Затем растет
Интенсивность радиочастотных полей также должна усиливать двигательную активность в периоды, когда
применяется только РФ. Однако наши результаты показывают, что периоды ABF (белые столбцы на
Рис. 1А) не различались между
эксперименты. Если состояние мотивации изменялось в более сильных полях РФ,
также должны быть затронуты исходные повороты тела отдыхающих животных. Наши результаты
не проявляют признаков неспецифического сигнала тревоги, вызванного радиочастотным излучением.

Насекомые: размагничивание

против ВЧ-эффектов?

Эволюция и важность магниторецепции у насекомых остается предметом изучения.
большой вызов сенсорной физиологии. Если суммировать поведенческие данные
полученное у насекомых, мы увидим, что магниторецептивная ориентация зависит от
цвет света (Филлипс и Сайид,
1993; Вача и др.,
2008а), что магнитный компас наклонный.
(Vácha et al., 2008b),
что это зависит от наличия функционального гена криптохрома
(Gegear et al., 2008), а наша
новые данные показывают, что радиочастотные эффекты играют роль, каждая из которых указывает на
участие механизма радикальной пары. Так же, как и в случае с птицами, мы, таким образом,
есть ряд аргументов в пользу гипотезы о том, что насекомые используют
радикальные парные реакции с точно определенными свойствами для магниторецепции
цели, и что эти реакции, скорее всего, связаны с
Криптохромы.

Рисунок 1.

Реакция тараканов на периодически вращающееся геомагнитное поле и
воздействие радиочастотных (RF) магнитных полей — на основе методов
Вача (Vácha,
2006 г.).На верхнем сводном графике (A) сравнения между периодами
CDE (критический период, соответствующий поворотам геомагнитного севера на 60
град. с интервалами 5 мин) и ABF (период устойчивого поля) приведены для всех
частные варианты теста. (B) Базовое распределение активности между
10.00 ч. И 14.30 ч. Без магнитной обработки; (C) в горизонтальном положении
геомагнитный вектор периодически поворачивается, активность возрастает в период CDE
по сравнению с ABF; однако вертикальные радиочастотные поля 44 нТл (D) и 18 нТл (E)
нарушает паттерн повышенной активности в периоде CDE и параметре CDE / ABF
не имеет значения.Когда применяется более слабое РЧ-поле 12 нТл (F), картина
растущей активности в CDE восстанавливается. Порог воздействия радиочастоты 1,2 МГц
попадает в область 12–18 нТл (левая закрытая стрелка). Когда 2,4 МГц RF
поле, порог (закрытая правая стрелка) его разрушающего воздействия
сдвигается вверх от 44 нТл (G) до 18 нТл (H). Наконец, несмотря на то, что поток 44 нТл
используется плотность ВЧ поле 7 МГц не нарушает магниточувствительную реакцию
(Я).

Эффект сильного и короткого размагничивающего импульса, блокирующего магнитное поле.
ориентация у муравьев (Риверос и Сригли,
2008) тем не менее говорит в пользу магнитной частицы
участие в ориентации некоторых видов насекомых.Эксперимент с участием
попытка размагничивания с помощью постоянного магнита повлияла на миграцию
направление бабочек (Perez et al.,
1999; Srygley et al.,
2006 г.). В соответствии с этим датчик компаса, определяющий полярность поля
описан у лангустов из группы ракообразных, связанных с насекомыми,
что является характеристикой, которая в принципе не может существовать в радикальном
парный компас (Lohmann et al.,
1995).

Следовательно, насекомые могут быть оснащены обеими приемными системами, просто
как птицы должны быть, т.е. обеими высокочувствительными
основанное на магнетите чувство магнитной карты и основанное на радикальных парах чувство
магнитный компас ориентации (Вильчко,
R. et al., 2007). Однако из их биологии следует, что
Для большинства видов насекомых достаточно одного лишь чувства компаса. Следовательно,
Возникает вопрос, почему виды с радиусом действия несколько десятков или сотен
метрам нужен дополнительный детектор, необходимый для восприятия магнитной карты. Или сделать
разные виды насекомых используют разные датчики? Такая проблема остается
на имя.

Магнитный отклик, использованный в настоящем исследовании, описывает степень
активность, а не ориентация. По этой причине его нельзя обобщать.
с уверенностью, что радиочастотное поле нарушает магнитную ориентацию насекомых —
вопреки результатам у птиц. Тем не менее пороговая чувствительность
система информирования тараканов о положении магнитного Севера на
РЧ-поле было настолько близко к порогу чувствительности птиц, что
общий принцип в двух вполне вероятен.

В настоящем исследовании мы приводим оригинальные доказательства воздействия РЧ на
магниторецепция у беспозвоночных животных. Мы показываем, что частоты разные
от ларморовской частоты (1,2 МГц) требуют гораздо более сильных полей, чтобы «оглушить»
магниторецепционная чувствительность таракана. Мы рассматриваем результаты как
важный шаг вперед в анализе магниторецепции насекомых и в качестве аргумента
в пользу воспроизводимости радиочастотного воздействия на магниторецепцию животных и
гипотеза радикальной пары как таковая.Следующий шаг, который необходимо сделать, может касаться большего
подробный анализ частотного спектра, который может дать нам лучшее
понимание свойств молекул, входящих в радикальную пару
реакции у животных таксонов, отличных от птиц.

СНОСКИ

• Особая благодарность д-ру Петру Талау за измерение ВЧ
  параметров месторождения и для обеспечения нас инструментами, необходимыми для наших
  эксперименты. Исследование поддержано грантом
  Чешский научный фонд (GACR
  206/07 / J041) и от Министерства образования,
  Молодежь и спорт (MSM 0021622416).

Список литературы

1. ↵

   Fleissner, G., Holtkamp-Rotzler, E., Hanzlik, M., Winklhofer,
   М., Флейсснер, Г., Петерсен, Н. и Вильчко, W. (2003).
   Ультраструктурный анализ предполагаемого магниторецептора в клюве самонаведения
   голуби. J. Comp. Neurol.
   458 350
   -360.

2. ↵

   Флейсснер, Г., Шталь, Б., Талау, П., Фалькенберг, Г. и
   Флейсснер, Г. (2007). Новая концепция Fe-минеральных
   магниторецепция: гистологические и физико-химические данные из верхнего клюва
   почтовые голуби.Naturwissenschaften
   94 631
   -642.

3. ↵

   Gegear, R.J., Casselman, A., Waddell, S. and Reppert, S.M.
   (2008). Криптохром обеспечивает светозависимую магниточувствительность
   у дрозофилы. Природа
   454 1014
   -1018.

4. ↵

   Холланд, Р. А., Киршвинк, Дж. Л., Доук, Т. Г. и Викельски,
   М. (2008). Летучие мыши используют магнетит для обнаружения магнитных полей Земли.
   поле. PLOS 3, e1676
   .

5. ↵

   Ирвин, В.П. и Ломанн, К. Дж. (2005).
   Нарушение магнитной ориентации у вылупившихся морских черепах из-за
   импульсные магнитные поля. J. Comp. Physiol. Чувственное нейронное поведение.
   Physiol. 191 475
   -480.

6. ↵

   Йонсен, С. и Ломанн, К. Дж. (2008).
   Магниторецепция у животных. Phys. Сегодня
   61, 29-35.

7. ↵

   Kalmijn, A.J. и Blakemore, R.P. (1978). В
   магнитное поведение грязевых бактерий.В миграции животных, навигации
   and Homing (редактор К. Шмидт-Кениг и В. Т. Китон), стр. 354
   . Берлин: Springer-Verlag.

8. ↵

   Кавокин К.В. (2009). Загадка магнитного
   резонансное воздействие на магнитный компас перелетных птиц.
   Биоэлектромагнетизм 30 402
   -410.

9. ↵

   Киршвинк, Дж. Л., Уокер, М. М. и Дибель, К. Э.
   (2001). Магниторецепция на основе магнетита. Curr.Opin.
   Neurobiol. 11 462
   -467.

10. ↵

    Ломанн, К. Дж., Пентчефф, Н. Д., Невитт, Г. А., Стеттен, Г. Д.,
    Циммерфауст, Р. К., Джаррард, Х. Э. и Болес, Л. С. (1995).
    Магнитная ориентация колючих омаров в океане: эксперименты с подводным миром
    змеевиковые системы. J. Exp. Биол.
    198 2041
    -2048.

11. ↵

    Merritt, R., Purcell, C. and Stroink, G.
    (1983). Однородное магнитное поле, создаваемое тремя, четырьмя и пятью
    квадратные катушки.Rev. Sci. Instrum.
    54 879
    -882.

12. ↵

    Перес, С. М., Тейлор, О. Р. и Джандер, Р.
    (1999). Влияние сильного магнитного поля на монарха
    мигрирующее поведение бабочки ( Danaus plexippus ).
    Naturwissenschaften 86 140
    -143.

13. ↵

    Филлипс, Дж. Б. и Сайид, О. (1993).
    Влияние света на ориентацию магнитного компаса в зависимости от длины волны
    Drosophila melanogaster. J. Comp. Physiol. А
    172 303
    -308.

14. ↵

    Ритц Т., Адем С. и Шультен К. (2000). А
    модель магниторецепции на основе фоторецепторов у птиц. Биофиз.
    J. 78 707
    -718.

15. ↵

    Ритц, Т., Талау, П., Филлипс, Дж. Б., Вильчко, Р. и
    Вильчко, W. (2004). Эффекты резонанса указывают на
    радикально-парный механизм для птичьего магнитного компаса.
    Природа 429 177
    -180.

16. ↵

    Ритц, Т., Вильчко, Р., Хор, П. Дж., Роджерс, К. Т., Стаппут,
    К., Талау, П., Тиммель, К. Р. и Вильчко, W. (2009).
    Магнитный компас птиц основан на молекуле с оптимальным направлением
    чувствительность. Биофиз. Дж.
    96 3451
    -3457.

17. ↵

    Риверос, А. Дж. И Сригли, Р. Б. (2008). Делать
    муравьи-листорезы, Atta colombica , ориентируют свой дом, интегрированный в тропинки
    вектор с магнитным компасом? Anim. Behav.
    75 1273
    -1281.

18. ↵

    Соловьев, И.А. и Шультен, К. (2009).
    Магниторецепция через криптохром может включать супероксид.
    Биофиз. J. 96,4804
    -4813.

19. ↵

    Сригли, Р. Б., Дадли, Р., Оливейра, Э. Г. и Риверос, А.
    J. (2006). Экспериментальные доказательства магнитного чувства у
    Неотропические мигрирующие бабочки (Lepidoptera: Pieridae). J. Anim.
    Behav. 71 183
    -191.

20. ↵

    Стаппут, К., Талау, П., Вильчко, Р.and Wiltschko, W.
    (2008). Ориентация птиц в полной темноте. Curr.
    Биол. 18 602
    -606.

21. ↵

    Thalau, P., Ritz, T., Stapput, K., Wiltschko, R. and Wiltschko,
    W. (2005). Магнитный компас для ориентации перелетных птиц в
    наличие осциллирующего поля 1,315 МГц.
    Naturwissenschaften 92,86
    -90.

22. ↵

    Thalau, P., Ritz, T., Burda, H., Wegner, R.E. и Wiltschko,
    Р. (2006). Магнитные компасные механизмы птиц и
    грызуны основаны на разных физических принципах. J. Royal. Soc.
    Интерфейс 3,583
    -587.

23. ↵

    Вача, М. (2006). Лабораторная поведенческая
    проба магниторецепции насекомых: магниточувствительность Periplaneta
    американа. J. Exp. Биол.
    209,3882
    -3886.

24. ↵

    Vácha, M., Půžová, T. и
    Drštková, Д. (2008a).Эффект света
    Спектр длин волн при ориентации магнитного компаса в Tenebrio molitor. J. Comp. Physiol. 194 853
    -859.

25. ↵

    Вача, М., Дршткова, Д. и
    Puůžová, T. (2008b). Жуки тенебрио используют
    магнитный компас наклона. Naturwissenschaften
    95 761
    -765.

26. ↵

    Wegner, R.E., Begall, S. и Burda, H. (2006).
    Магнитный компас в роговице: местная анестезия нарушает ориентацию в роговице.
    млекопитающее.J. Exp. Биол.
    209,4747
    -4750.

27. ↵

    Wiltschko, R. и Wiltschko, W. (2006).
    Магниторецепция. BioEssays
    28 157
    -168.

28. ↵

    Вильчко Р., Ритц Т., Стаппут К., Талау П. и Вильчко,
    W. (2005). Два разных типа светозависимых ответов
    магнитным полям у птиц. Curr. Биол.
    15,1518
    -1523.

29. ↵

    Вильчко Р., Стаппут, К., Ритц, Т., Талау, П. и Вильчко,
    W. (2007). Магниторецепция у птиц: разная физическая
    процессы для двух типов направленных ответов. HFSP
    J. 1,41
    -48.

30. ↵

    Вильчко Р., Манро У., Форд Х., Стаппут К. и Вильчко,
    W. (2008). Светозависимое магниторецепция: ориентация
    поведение перелетных птиц при тусклом красном свете. J. Exp.
    Биол. 211,3344
    -3350.

31. ↵

    Вильчко, В., Манро, У., Вильчко, Р., Киршвинк, Дж.
    Л. (2002). Магниторецепция на основе магнетита у птиц:
    влияние смещающего поля и импульса на миграционное поведение. Дж.
    Exp. Биол. 205 3031
    -3037.

32. ↵

    Вильчко, В., Фрейре, Р., Манро, У., Ритц, Т., Роджерс, Л.,
    Талау П. и Вильчко Р. (2007). Магнитный компас
    домашние куры, Gallus gallus. J. Exp. Биол.
    210 2300
    -2310.

Четыре больших рынка магнитных материалов

Рынок связи:

Благодаря расширению возможностей мобильных телефонов и усовершенствованию технологий, характеристики магнитных материалов стали выше.Магнитные материалы должны соответствовать требованиям высокой частоты, миниатюризации, заплаты, высоких магнитных свойств, низких потерь и устойчивости к электромагнитным помехам.

Магнитные материалы, используемые в мобильной связи, можно разделить на три категории: ферритовые микроволновые устройства, ферритовые магнитомягкие устройства и компоненты с постоянными магнитами.

Во-первых, микроволновое устройство. СВЧ-устройства включают мощные циркуляторы для использования в базовых станциях, изоляторы и небольшие циркуляторы и изоляторы для поверхностного монтажа для мобильных телефонов.Например, в кластерной базовой станции Motorola 900 МГц используются десятки изоляторов с двойным переходом.

Второй, мягкий феррит. Магнитно-мягкие ферритовые компоненты — это в основном магнитные антенны для радиопейджинга и сердечники электромагнитной совместимости для мобильных телефонов, такие как антипаразитные колебания в высокочастотном диапазоне, магнитные сердечники, используемые в смесителе, магнитные сердечники, используемые в катушках связи, и индукторы микросхемы.

Третий, постоянный магнит. Большинство голосовых и приемных устройств, используемых в мобильных телефонах, в основном основаны на редкоземельных устройствах NdFeB.

Компьютерный рынок:

Компьютер — одно из основных применений ферритовых магнитомягких и редкоземельных постоянных магнитов. Развитие компьютерных технологий способствовало новым изменениям магнитных материалов.

Поскольку тактовая частота электронных компонентов в ноутбуке увеличивается и миниатюризируется, применяемые компоненты должны быть соответственно высокочастотными и чешуйчатыми, например, ферритовый магнитно-мягкий фильтр синфазных помех, который снижает шум линии питания и земли и устраняет экранирование высокого гармонического шума, которое искажает цифровой сигнал.Поглотитель зажимается фильтром помех на кабельной линии. Напряжение постоянного тока батареи изменяется на напряжение постоянного тока, необходимое для схемы для использования сердечника преобразователя постоянного тока. Высокое переменное напряжение источника подсветки ЖК-дисплея представляет собой инвертор постоянного и переменного тока, поэтому магнитные потери значительно снижаются для достижения низкого нагрева и энергосбережения сердечника трансформатора компьютера и привода HDD / DVD / FDD. Привод, гигантская магниторезистивная головка, магнит двигателя звуковой катушки, двигатель шпинделя и магниты двигателя оптического приемника, магнитные шарики с чипом защиты от помех интерфейса IEEE1394 / USB и сердечники синфазных фильтров, в основном используемые в звуковом оборудовании и магнитах двигателя нагнетателя, которые требуют тонких и высокоэффективные материалы NdFeB.

Рынок автомобилей и электрических велосипедов:

Часть ферритового двигателя будет заменена на NdFeB

С широким использованием высокопрочных разрядных осветительных приборов и автомобильного источника питания на 42 вольта, применение мягкого магнето с широкой температурой, высокой частотой и ферритом с низкими потерями в DC-DC трансформаторе быстро увеличивается. Особенно быстро развиваются электромобили и гибридные автомобили.

В гибридных электромобилях в основном используются магнитные материалы, такие как электрические преобразователи постоянного тока в постоянный: резонансные цепи используются для повышения эффективности и снижения шума.Высокая электрическая энергия обеспечивается параллельным внутренним преобразователем.

Светодиодный дисплей

: с момента его появления, органический электролюминесцентный дисплей был основным признаком длительного срока службы, высокой четкости и низкого энергопотребления, что открывает новые возможности для применения энергетического ядра.

Ферритовые магниты: ферритовые магниты являются ключевыми компонентами автомобильных двигателей с высокой надежностью и низкой стоимостью.
Магниты NdFeB: постоянные магниты NdFeB обладают магнитной силой в несколько раз больше, чем у ферритовых магнитов, используемых в колесных датчиках ABS и двигателях транспортных средств на гибридных / топливных элементах.

Кроме того, в ограниченном пространстве электронная схема легко нарушается шумом электромагнитной волны, и ядро ​​ЭМС является лучшим средством противодействия.

Автомобильная навигационная система считается «мозгом» автомобиля, и она все больше компьютеризируется. Его функции быстро развиваются, включая хранение данных с DVD до обновления мобильного жесткого диска. Магнитные материалы — это, в основном, преобразователи постоянного тока в переменный, преобразователи постоянного тока, шумовые фильтры ЭМС, магниты для двигателей HDD и DVD.

Рынок бытовой электроники:

Высококачественный мягкий феррит — основной поток

Цветные телевизоры занимают доминирующее положение в мировой потребительской электронике: к 2010 году их будет выпущено около 170 миллионов экземпляров в мире, а к 2010 году их будет выпущено около 200 миллионов. В будущем «горячими точками» станут изображения высокой четкости, большой экран и переход на цифровые технологии. Плоские телевизоры будут составлять около 60%.

Это требование более жесткое для магнитных материалов:

1. Высокая частота, требующая, чтобы ферритовый сердечник имел более высокую рабочую частоту.

2. HD-разрешение требует, чтобы силовые трансформаторы были стабильными по мощности, с низкими материальными потерями мощности и большим намагничиванием насыщения.

3. Изображение стабильное и красочное, требуются материалы с высокой проницаемостью, магнитомягкие сердечники с электромагнитными помехами и высокопроизводительные фокусирующие пленки.

4. Развитие оцифровки требует более высоких требований к потерям мощности, магнитной проницаемости и частоте магнитомягких материалов, чем аналоговые.

5.Международное энергетическое агентство постановило, что мощность цветного телевизора в режиме ожидания должна быть снижена до 1 Вт, и требуются новые требования к ферритовым материалам с малыми потерями мощности. Судя по будущему развитию рынка цветных телевизоров, на долю высококачественного мягкого феррита будет приходиться 80% от общего количества.

Подписывайтесь на нас в

Просмотры сообщений:
271

Приложения по частоте — Micrometals

Радиочастота

<10 МГц

Радиочастотные (RF) железные порошки Преобразование энергии (ПК) Железные порошки Линейный фильтр (LF) Железные порошки

Порошковые сердечники с распределенным зазором

стали предпочтительным решением для инженеров по радиосвязи, которые проектируют катушки индуктивности или трансформаторы для работы с мощностью в диапазоне частот от 250 кГц до 5 МГц.Распределенный воздушный зазор порошковых сердечников способствует их довольно низкой проницаемости и очень хорошей стабильности. В приложениях, связанных с сигналами низкого уровня, выбор размера сердечника, материала и обмотки обычно основывается на требуемой добротности и / или требованиях к упаковке.

Сердечники из железного порошка обычно используются для производства индукторов с высокой добротностью и трансформаторов для селективных цепей.

Низкоуровневые широкополосные трансформаторы и ВЧ дроссели обычно изготавливаются на ферритовых сердечниках с высокой магнитной проницаемостью.Ферриты представляют собой металлическое керамическое ферромагнитное соединение с кристаллической структурой шпинели. Ферритовые сердечники имеют более высокую проницаемость, чем сердечники из порошка железа или сплава, но менее стабильны. Распространенное заблуждение состоит в том, что насыщение сердечника является основным ограничивающим фактором при выборе сердечника для приложений с ВЧ-мощностью. Хотя необходимо определить, какое падение напряжения или протекание тока может выдержать данный индуктор или трансформатор, прежде чем будет достигнут предел, этот предел будет либо магнитным насыщением, либо чрезмерным повышением температуры в результате потерь как в обмотке (медь), так и в материале сердечника.Магнитное насыщение — это точка, в которой увеличение силы намагничивания не приводит к дальнейшему увеличению плотности потока. Это означает, что произойдет потеря проницаемости. Катушка индуктивности покажет уменьшение индуктивности, а трансформатор покажет как уменьшение импеданса, так и не преобразует дополнительный сигнал. Порошки карбонильного железа обычно достигают максимальной проницаемости около 3000 Гс, а затем начинают насыщаться. Они достигают полного насыщения примерно при 10 000 Гс.

При непрерывных синусоидальных сигналах сердечники из порошкового железа ограничены повышением температуры в результате потерь, а не магнитного насыщения. Повышение температуры происходит из-за потерь как в обмотке, так и в материале сердечника. На высокой частоте ток, переносимый проводником, имеет тенденцию концентрироваться у поверхности. Это известно как «скин-эффект». Глубина скин-слоя переменного тока в медном проводнике при комнатной температуре описывается следующим образом: Глубина скин-слоя (см) = 6,62 / f.5, где f — частота в герцах.Например, на частоте 1 МГц провод сечением более 35 AWG не будет использоваться полностью и, таким образом, будет иметь повышенное сопротивление переменному току. В связи с этим использование большого количества жил тонкой проволоки, изолированных друг от друга и переплетенных, может быть полезным для снижения сопротивления проводников переменному току на высокой частоте. Такой провод называется литцовой проволокой. Практические литц-проводники очень эффективны на частотах ниже 500 кГц, но начинают терять эффект выше 3 МГц.

Потери в обмотке — важный фактор при проектировании более мощных магнитных компонентов.Дополнительную информацию о скин-эффекте и сопротивлении проводов переменному току можно найти в Справочнике радиотехника, а также в ряде других ссылок.

Чтобы связаться с нашей инженерной группой по вопросам решений Micormetals для радиочастотных приложений, используйте контактную форму на нашем веб-сайте или отправьте электронное письмо по адресу [email protected]

Радиочастота> 10 МГц

Радиочастотные (RF) железные порошки Преобразование энергии (ПК) Железные порошки Линейный фильтр (LF) Железные порошки

В то время как на низкой частоте магнитное поле в катушке направлено в осевом направлении, на высокой частоте каждый виток создает свое собственное поле, концентричное с проводом.Эти поля связаны с полями от соседних витков и связаны с сердечником через осевые поля, а не через одно центральное поле. Для этого требуются сердечники с очень низкой добротностью на ВЧ, например сердечники с распределенными зазорами из железного порошка.

Порошки карбонильного железа содержат частицы, которые образуются при разложении паров пентакарбонильного железа. Это дает сферическую частицу со структурой луковой кожуры. Такое расслоение кожуры лука приводит к тому, что удельное сопротивление отдельных частиц намного выше, чем у чистого железа.Это высокое сопротивление в сочетании с очень мелкими частицами (от 3 до 5 микрон) значительно улучшает высокочастотные характеристики. Проницаемость порошков карбонильного железа и, следовательно, его индуктивность могут быть изготовлены с очень жесткими допусками и оставаться чрезвычайно стабильными в зависимости от частоты, температуры и уровня приложенного сигнала. Все это важно в схемах с высокой добротностью. Характеристика распределенного воздушного зазора порошка карбонильного железа дает сердцевину с проницаемостью от 4 до 35.Эта особенность в сочетании с присущей железу высокой точкой насыщения очень затрудняет насыщение при высокой мощности RF. Обычно приложения с высокой мощностью ограничиваются повышением температуры из-за потерь в сердечнике.

В высокочастотных приложениях, схемах с высокой добротностью, высокая проницаемость не так важна, как достижимая добротность и хорошая стабильность при изменяющихся окружающих и электрических условиях.

В упрощенном виде Q = tanθ = ωL / R, где θ — фазовый угол, ωL — индуктивное реактивное сопротивление, а R — эффективное последовательное сопротивление.В случае идеального индуктора фазовый угол составляет 90 °, а добротность бесконечна. Точно так же катушка индуктивности с Q = 1 имеет фазовый угол 45 градусов, и поэтому ее реактивные и резистивные элементы равны. Q = 150 имеет фазовый угол 89,6 градуса. Факторы, составляющие эффективное сопротивление, довольно сложны. Они связаны как с потерями в сердечнике, так и в обмотке.

Потери в сердечнике зависят от материала, частоты, плотности потока и размера сердечника. Потери в обмотке связаны с сопротивлением провода, витком на виток и витком на сердечник. Емкостные эффекты, которые зависят от частоты и размера.Существует строгий анализ этих взаимосвязей, но в целом они слишком сложны, чтобы иметь практическое применение, когда дело доходит до проектирования высокочастотного индуктора с высокой добротностью. Оптимальная добротность достигается, когда суммарные потери в сердечнике равны полным потерям в обмотке. Легг показал, что в целом максимально достижимая Q напрямую связана с физическим размером сердечника для любого данного материала. Также было показано, что частота, на которой возникает этот максимально достижимый Q, обычно обратно пропорциональна проницаемости, размеру сердечника и квадратному корню из потерь в сердечнике.

При выборе оптимальной обмотки для данной катушки необходимо учитывать два основных эффекта, которые уменьшают добротность: резистивный и емкостной. Сопротивление медного провода на очень низкой частоте такое же, как его сопротивление постоянному току. Глубина скин-слоя переменного тока обратно пропорциональна квадратному корню из рабочей частоты. Таким образом, сопротивление проводника переменному току пропорционально f1 / 2. Из-за этого повышенное сопротивление из-за скин-эффекта начнет проявляться на более высоких частотах для меньшего провода и на относительно низкой частоте для большого провода.

В качестве примера, провод №30 начнет видеть повышенное сопротивление до 300 кГц, а провод №40 будет подвержен влиянию около 3 МГц. Это сопротивление дополнительно увеличивается в случае намотанных катушек из-за эффекта близости соседних витков. Чтобы помочь сопротивлению проводника переменному току приблизиться к сопротивлению постоянного тока при умеренной частоте, можно использовать провод Литца.

Литцовый провод состоит из нескольких жилок небольшого изолированного провода, соединенных параллельно на концах и полностью переплетенных.Переплетение необходимо для того, чтобы разные пряди равномерно распределяли ток. Существует значительная разница между истинным производителем Litz и многожильным проводом. Практичная проволока Litz очень эффективна на частотах до 1 МГц. Однако по мере увеличения частоты преимущества начинают исчезать. На очень высокой частоте снижение сопротивления из-за переплетения прядей более чем компенсируется накоплением емкости между прядями. Поскольку сегодня большая часть работ в РФ выполняется на частотах выше 1 МГц, использование Litz-проводов стало довольно редким явлением.

В обмотке накапливающаяся собственная емкость является результатом межвитковой емкости соседних проводов, а также емкости сердечника. Емкость между витками зависит от размера провода, количества витков, а также от расстояния и расположения витков. В общем, емкостные эффекты на Q становятся все более важными при возведении в квадрат частоты (f²). Для тороидальной катушки одним из наиболее важных факторов в управлении емкостным накоплением является ограничение обмотки одним слоем, поскольку собственная емкость тороидальной катушки зависит от количества слоев.Видно, что добавление даже частичного второго слоя резко увеличивает собственную емкость.

Железный порошок — это материал сердечника, который хорошо подходит для индукторов с высокой добротностью, которые используются в диапазоне частот от 100 кГц до 200 МГц. Для данного материала сердечники большего размера дают более высокую добротность при более низкой частоте, а пики добротности при более низкой частоте по мере увеличения числа витков — существует оптимизация частоты и обмотки добротности. Для данного размера керна оптимальное значение Q обратно пропорционально проницаемости.

С точки зрения обмотки, чтобы помочь оптимизировать добротность на низкой частоте (<500 кГц), знайте, что резистивные потери являются преобладающими, и поэтому использование лицевого провода является преимуществом. На частотах выше 1 МГц начинают преобладать потери из-за емкостных воздействий, и многослойность очень пагубно сказывается на Q. Обычно можно считать, что полный единственный слой обеспечит наилучший результат.

Чтобы связаться с нашей группой инженеров по вопросам решений Micormetals для высокочастотных приложений, используйте контактную форму на нашем веб-сайте или отправьте электронное письмо по адресу applications @ micrometals.com

Преобразование мощности

<1 МГц

Преобразователь мощности (ПК) Железный порошок Радиочастота (RF) Железный порошок Линейный фильтр (НЧ) Железный порошок

Порошковые сердечники с распределенным зазором стали наиболее распространенным материалом сердечника для индукторов в импульсных источниках питания.

Железный порошок — один из наиболее распространенных материалов сердечников, которые используются для производства магнитных компонентов в современных импульсных источниках питания. Это один из наименее дорогих материалов для сердцевины, сравнимый по стоимости с Sendust.

Ядра из порошка железа и сплава

Micrometals представляют собой специально разработанные порошки, получаемые из очень мелких изолированных частиц, которые сжимаются под чрезвычайно высоким давлением для получения твердого ядра. Этот процесс создает магнитную структуру с распределенным воздушным зазором. Присущая железу высокая плотность потока насыщения в сочетании с распределенным воздушным зазором дает материал сердечника с высокой способностью аккумулировать энергию. Процесс уплотнения, используемый для производства порошковых сердечников с распределенными зазорами, подходит для изготовления самых разных конфигураций.Тороидальные сердечники, E-сердечники, U-образные сердечники, заглушки и сердечники шины доступны в виде порошка из железа или сплава.

Стержни

Micrometals могут поставляться с нестандартными вариациями высоты существующих размеров посредством регулировки пресса без необходимости использования отдельного инструмента. Пользовательские инструменты также могут быть созданы для изготовления узкоспециализированных форм с типичной стоимостью 1500 долларов за дюйм для основного размера. Порошковые сердечники с распределенным зазором могут изготавливаться с довольно жесткими физическими и электрическими допусками.2 / ueff). В случае материалов сердечника с высокой проницаемостью, таких как ферриты, за счет создания воздушного зазора достигается значительно меньшая проницаемость. Это увеличивает способность сердечника аккумулировать энергию, позволяя сохранять дополнительную энергию в воздушном зазоре.

Конструкции индукторов накопителя энергии будут ограничены либо магнитным насыщением, либо чрезмерным повышением температуры в результате потерь как в обмотке, так и в сердечнике. В случае порошка железа из-за довольно низкой проницаемости, умеренных потерь в сердечнике и характеристик очень постепенного насыщения; конструкции почти всегда ограничены повышением температуры, а не магнитным насыщением.

При выборе провода требуемого диаметра для работы с заданной величиной тока формулировки «практического опыта», основанные на круговых мельницах на ампер, обычно неадекватны. Повышение температуры намотанного блока из-за потерь в меди напрямую зависит от размера сердечника, размера провода и характера обмотки.

Несмотря на то, что существует множество приложений с выходными дросселями постоянного тока, которые не имеют достаточного содержания переменного тока для создания каких-либо заметных потерь в сердечнике, большинство дросселей постоянного тока с более высоким напряжением, высокой частотой и катушек индуктивности с коррекцией коэффициента мощности действительно должны учитывать потери в сердечнике.Кроме того, конструкции для индукторов дифференциального режима 60 Гц и резонансных индукторов переменного тока весьма существенно зависят от потерь в сердечнике.

Потери в сердечнике являются результатом воздействия переменного магнитного поля в материале сердечника. Потери, возникающие для данного материала, зависят от рабочей частоты и общего размаха магнитного потока (∆B). Потери в сердечнике обусловлены гистерезисом, вихревыми токами и остаточными потерями в материале сердечника. Железный порошок имеет более высокие потери в сердечнике, чем некоторые другие более дорогие материалы сердечника, и иногда становится ограничивающим фактором в приложениях с относительно высоким током пульсаций на очень высокой частоте.Следовательно, важно хорошо понимать, как правильно оценивать потери в сердечнике.

Чтобы связаться с нашей группой инженеров по вопросам решений Micormetals для приложений Power Conversion, используйте контактную форму на нашем веб-сайте или отправьте электронное письмо по адресу [email protected]

Преобразование мощности> 1 МГц

Преобразователь мощности (ПК) Сердечники из железного порошка Радиочастота (ВЧ) Железные порошки Линейный фильтр Сердечники из железного порошка

Катушки индуктивности

в топологиях с повышением коэффициента мощности не имеют простых устойчивых форм сигналов.Скорее, высокочастотный сигнал таков, что как пиковое напряжение на катушке индуктивности (E), так и время «включения» (t) постоянно изменяются на протяжении периода основной частоты линии (50 или 60 Гц). Потери в сердечнике в этом случае будут усредненными по времени потерями в сердечнике отдельных импульсов за период линейной частоты. Генерируемая плотность потока зависит от вольт-секунд на импульс, в то время как потери в сердечнике зависят приблизительно от квадрата плотности потока. Чтобы оценить высокочастотные потери в сердечнике в этом типе применения, рекомендуется приблизить среднеквадратичное значение в вольт-секундах в течение периода сетевой частоты.Это обеспечит значение пиковой плотности потока переменного тока, которое будет использоваться с кривыми потерь в сердечнике. Частота — это частота повторения высокочастотного сигнала. В дополнение к высокочастотным потерям в сердечнике в катушке индуктивности с коррекцией коэффициента мощности, основная частота линии также вызывает потери в сердечнике. Эти потери также следует учитывать при определении общих потерь. Поскольку способность сердечников рассеивать тепло (площадь поверхности) изменяется в квадрате с их размером, но тепловыделение сердечников из-за магнитных потерь зависит от его размера в кубе (объеме), физически маленькие сердечники могут рассеивать больше мощности на единицу объема, чем физически большие. ядра.

Когда присутствуют как повышенные, так и постоянный ток, возрастающий уровень смещения постоянного тока вызывает снижение проницаемости материалов сердечника, что по мере увеличения уровня переменного тока вызывает повышение проницаемости. Это свойство означает, что выходным дросселям с повышенным уровнем переменного тока потребуется меньше витков, чем можно было бы спрогнозировать, учитывая только влияние постоянного тока.

Катушки индуктивности коррекции коэффициента мощности содержат как ток смещения, так и высокочастотный сигнал низкого уровня. Эти катушки индуктивности в типичных повышающих топологиях видят как постоянно изменяющийся ток смещения (50 или 60 Гц), так и постоянно меняющиеся условия высокочастотной пульсации.Комбинация этих двух эффектов делает оценку этих катушек индуктивности более сложной, чем у обычных дросселей постоянного тока. Обычно рекомендуется рассматривать ток смещения как постоянный ток. Это обеспечит максимально консервативный дизайн.

Еще одно применение индукторов накопления энергии — в резонансных приложениях переменного тока. Этот тип индуктора приводится в действие всем высокочастотным переменным током. Чтобы поддерживать потери в сердечнике на приемлемом уровне, необходимо минимизировать рабочую плотность потока.Это достигается за счет использования материалов с более низкой проницаемостью, для которых потребуется больше витков, так что такое же падение напряжения (такой же протекающий ток) приведет к более низкой рабочей плотности потока переменного тока. Один из методов снижения эффективной проницаемости и, таким образом, снижения рабочей плотности потока состоит во введении локализованного воздушного зазора. На частотах выше 100 кГц дополнительные «потери в зазоре», создаваемые высокочастотной окантовкой, могут вызвать серьезные проблемы с локальным нагревом. Во многих случаях только «потери в зазоре» могут быть больше, чем рассчитанные потери в сердечнике.Железный порошок производился в течение многих лет для использования в цепях связи большой мощности, работающих от 500 кГц до нескольких МГц. Одним из материалов, набирающих популярность в резонансных источниках питания, является Материал -2. Этот материал имеет проницаемость 10, что помогает поддерживать низкую рабочую плотность потока без создания локальных проблем с потерями в зазоре. На этих высоких частотах использование гибкого провода имеет важное значение для минимизации потерь в обмотке переменного тока.

В то время как материал -2 является предпочтительным материалом для резонансных приложений с частотой выше 20 кГц, материал -30 следует рассматривать для низкочастотных индукторов переменного тока в ИБП очень большой мощности, работающих в диапазоне частот от 1 кГц до 5 кГц.Этот материал обеспечивает хороший баланс проницаемости, потерь в сердечнике, характеристик насыщения и стоимости сердечника.

Чтобы связаться с нашей группой инженеров по вопросам решений Micormetals для приложений Power Conversion, используйте контактную форму на нашем веб-сайте или отправьте электронное письмо по адресу [email protected]

Линейные фильтры

Сетевой фильтр (LF) Железные порошки Радиочастота (RF) Железные порошки Преобразование энергии (ПК) Железные порошки

Добавление обоих U.С. и международные правила увеличили потребность в эффективной фильтрации основной линии электропередачи. Для этого необходимо контролировать как синфазный, так и дифференциальный (нормальный) шум.

Синфазный шум — это помехи, которые являются общими для положительной и нейтральной линий относительно земли и обычно являются результатом емкостной связи. Дифференциальный шум — это помеха, которая присутствует между положительной и нейтральной линиями и обычно создается переключающими устройствами, такими как транзисторы, тиристоры и симисторы.Этот тип шума легче фильтруется, когда дроссель находится в непосредственной близости от источника шума.

Синфазная фильтрация требует заземления конденсаторов. Правила техники безопасности ограничивают эти конденсаторы относительно низким значением. Это обязательное низкое значение емкости для синфазной фильтрации делает высокое значение индуктивности важным для эффективной фильтрации. Для синфазных катушек индуктивности обычно требуется минимальная индуктивность 1000 мГн, и они чаще всего наматываются в симметричной конфигурации на ферритовый сердечник с магнитной проницаемостью 5000 или более.Балунная обмотка позволяет компенсировать плотность потока 60 Гц, генерируемую каждой линией, в сердечнике, тем самым избегая насыщения. Материалы с более низкой проницаемостью, такие как железный порошок, полезны для синфазных приложений, связанных со значительным дисбалансом линии. В противном случае для большинства синфазных приложений увеличенный размер сердечника, необходимый для обеспечения количества витков, необходимых для достижения требуемой индуктивности, делает эту альтернативу менее привлекательной.

Дифференциальные дроссели обычно имеют одну обмотку, хотя можно установить более одного дифференциального дросселя на сердечник, соединив обмотки в аддитивной конфигурации, а не в симметричной конфигурации.Этот тип дросселя должен поддерживать значительную плотность потока 60 Гц без насыщения и в то же время реагировать на высокочастотный шум. Распределенный воздушный зазор из железного порошка в дополнение к его высокой плотности потока насыщения, превышающей 12000 гаусс (1,2 Тл), делает его хорошо подходящим для этого требования.

Железный порошок испытывает магнитострикцию. Это означает, что по мере намагничивания материала его размеры очень незначительно меняются. В приложениях, превышающих слышимые частоты (> 20 кГц), это не имеет значения.Однако в некоторых приложениях с частотой 60 Гц жужжание ядра может быть заметным. Это условие будет более заметно с сердечниками типа E, чем с тороидами. Это также будет более значительным для сигналов, которые были прерваны (регуляторы света, контроллеры двигателей), чем для обычных синусоидальных сигналов. Это также зависит от рабочей плотности потока переменного тока. Конструкция индуктора накопителя энергии ограничена повышением температуры в результате совокупных потерь в меди и сердечнике, а также насыщением сердечника. В то время как материалы -8, -18 и -52 имеют более низкие потери в сердечнике при 60 Гц.

Кроме того, более высокие характеристики потерь в сердечнике материалов -26 и -40 на частотах выше 25 кГц будут давать катушку с низкой добротностью на высокой частоте. Эта характеристика является дополнительным преимуществом, помогающим подавить нежелательные сигналы.

Материалы -26 и -40 обладают хорошей проницаемостью по сравнению с характеристиками плотности потока переменного тока. Значительное увеличение процентной проницаемости для этих материалов может быть значительным преимуществом. Похоже, что это увеличение проницаемости наблюдается в таких приложениях, как диммеры.

Для приложений, где неясно, будет ли высокочастотный сигнал испытывать такое же увеличение проницаемости, как и сигнал 60 Гц, рекомендуется рассматривать сигнал 60 Гц как постоянный ток. Это приведет к существенно иному результату, но это будет наиболее консервативный подход.

Чтобы связаться с нашей группой инженеров по вопросам решений Micormetals для линейных фильтров, используйте контактную форму на нашем веб-сайте или отправьте электронное письмо по адресу applications @ micrometals.com

Мягкие магнитные материалы

Мягкие магнитные материалы

Мягкий
Магнитные материалы — это те материалы, которые легко намагничиваются и
размагниченный. Обычно они имеют собственную коэрцитивную силу менее 1000 Am ^{— 1} . Они используются в основном для улучшения и / или
направить поток, создаваемый электрическим током. Основной параметр, часто
используется в качестве показателя качества для магнитомягких материалов, является относительной
проницаемость ( м _r , где м _r = B / m _o H ), которая является мерой того, как
легко реагирует на приложенное магнитное поле.Другой главный
интересующими параметрами являются коэрцитивная сила, намагниченность насыщения и
электропроводность.

Типы приложений для магнитомягких материалов делятся на два основных
категории: AC и DC. В приложениях постоянного тока материал намагничивается в
для выполнения операции, а затем размагничивается по завершении
операция, например электромагнит на кране на свалке будет
включается для притягивания стального лома, а затем выключается, чтобы сбрасывать
стали.В приложениях переменного тока материал будет непрерывно циклически перерабатываться из
намагничиваются в одном направлении по отношению к другому в течение всего периода
операция, например трансформатор питания. Высокая проницаемость будет
желательно для каждого типа приложения, но значение других свойств
меняется.

для постоянного тока
приложения, основное внимание при выборе материала, скорее всего,
быть проницаемостью. Это может быть, например, при экранировании
приложения, в которых поток должен проходить через материал.Где
материал используется для создания магнитного поля или для создания силы, а затем
намагничивание насыщения также может быть значительным.

для переменного тока
приложений, важно учитывать, сколько энергии теряется в
система, когда материал вращается вокруг своей петли гистерезиса. Энергия
потери могут происходить из трех разных источников: 1. гистерезисные потери, связанные с площадью
содержится в петле гистерезиса; 2. потери на вихревые токи, которые
связанных с генерацией электрических токов в магнитном материале и
соответствующие резистивные потери и 3.аномальная потеря, которая
связанных с перемещением доменных стенок внутри материала. Гистерезис
потери могут быть уменьшены за счет уменьшения собственной коэрцитивной силы, с
последующее уменьшение площади внутри петли гистерезиса. Потери на вихревые токи могут быть уменьшены
за счет уменьшения электропроводности материала и ламинирования
материал, который влияет на общую проводимость и
важно из-за более частых кожных эффектов.Наконец,
аномальные потери можно уменьшить за счет полностью однородного
материал, внутри которого не будет помех движению домена
стены.

• Железо-кремниевые сплавы
• Аморфный и
  Нанокристаллические сплавы
• Никель-железные сплавы
• Мягкие ферриты

железо-кремний
Сплавы

Эти сплавы используются для сердечников трансформаторов и известны как электрические.
стали.В электроэнергетике электрическое напряжение почти всегда переменного тока и
низкая частота, 50-60 Гц. На этих частотах вихревые токи равны
генерируется в сердечнике трансформатора. Легирование Fe с Si имеет большой
заметное влияние на удельное электрическое сопротивление материала, с увеличением
коэффициент 4 для 3 мас.% Si. Кремний также имеет
преимущество уменьшения магнитострикции (т.е. изменение длины при намагничивании)
и магнитокристаллическая анизотропия. Кроме того, материал используется в
форма пластин, обычно 0.Толщиной от 3 до 0,7 мм. Добавление слишком большого количества кремния делает
материал чрезвычайно хрупкий и трудный в производстве, что дает практичный
ограничение 4 мас.% количества Si, которое может
быть добавленным. Недавно была разработана технология производства ламинатов.
с> 6 мас.% Si, обработкой химическим осаждением SiCl ₄ из паровой фазы для обогащения
пластинки с Si после формирования пластин. Обычно большинство
Электротехнические стали будут содержать от 3 до 4 мас.% Si.

Для
трансформаторы магнитный поток находится преимущественно в длине
слоистых пластин и поэтому желательно повысить проницаемость в
это направление. Это достигается за счет различных стадий горячей и холодной прокатки.
производить текстурированные листы, известные как кремнистая сталь с ориентированными зернами, с направлением [001] по длине ламинирования. В
Направления кристалла типа <001>
легкие направления намагничивания и, следовательно, проницаемость больше.На рис.11 показана анизотропия Fe и
иллюстрирует два типа текстуры, которые могут быть получены, которые известны
как куб на краю и текстура куба. Обратите внимание, что текстура куба имеет два направления типа <001> в плоскости листа.
и дает преимущество, если листы Е-образной формы должны быть вырезаны из
простынь.

(а)

(б)
(в)

Рисунок 11 : (a) Магнитокристаллический
анизотропия Fe, (б) текстура куба на краю и (в) текстура куба в зерне
ориентированный
кремнистая сталь.

аморфный
И нанокристаллические сплавы

Эти материалы могут производиться в
форма ленты методом прядения из расплава. Сплавы состоят из железа, никеля и / или
кобальт с одним или несколькими из следующих элементов: бор, углерод,
фосфор и кремний. У них крайне низкая коэрцитивная сила, порядка величины
меньше, чем у стандартного Fe-Si, и, следовательно, меньше гистерезисных потерь.
Однако они имеют относительно низкую намагниченность и не подходят для
приложения с высоким током.Они действительно находят рынок в слаботочных
приложения и специализированные небольшие устройства, где они могут конкурировать с
Ni-Fe.

Вместо
заливки сплава на вращающееся колесо для производства лент, это также
можно впрыснуть струю расплавленного сплава в ванну с водой или маслом, чтобы
производят аморфную проволоку обычно толщиной 50 мм. Эти провода показывают
очень квадратная петля гистерезиса с большими изменениями намагниченности при низких
поле, что делает их идеальными для обнаружения и переключения.

Недавно
был большой интерес к нанокристаллическому материалу, который
получают путем отжига аморфного материала. Эти сплавы могут быть одиночными.
фазы, но обычно состоят из зерен нанометров в диапазоне 10-50 нм в аморфной матрице. У них относительно
высокое сопротивление, низкая анизотропия и хорошая механическая прочность.

никель-железо
сплавы

Эти сплавы, известные как пермаллой, являются
чрезвычайно универсальны и используются в широком диапазоне составов от 30 до 80 мас.% Ni.Через это
диапазон состава свойства меняются, и оптимальный состав должен быть
выбран для конкретного приложения. Сплавы с высоким содержанием Ni имеют высокую
проницаемость; около 50 мас.% Ni имеют высокий
намагничивание насыщения и низкое содержание никеля имеют высокую электрическую
сопротивление.

Там
представляют собой специальные марки сплавов Ni-Fe, которые имеют нулевую магнитострикцию и нулевую
магнитная анизотропия, такая как муметалл, возникающая при осторожном нагревании
обработка и незначительные добавки Cu и Cr.Эти сплавы имеют чрезвычайно
высокая проницаемость, до 300000 и собственная коэрцитивная сила до 0,4Am ^{— 1} .

Мягкие ферриты

На высоких частотах металлический магнитомягкий
материалы просто невозможно использовать из-за потерь на вихревые токи. Следовательно,
мягкие ферриты, которые являются керамическими изоляторами, становятся наиболее востребованными
материал. Эти материалы являются ферримагнетиками с кубической кристаллической структурой.
и общий состав МО.Fe ₂ O ₃ , где M —
переходный металл, такой как никель, марганец или цинк.

MnZn
феррит, коммерчески продаваемый как ferroxcube, может использоваться на частотах до 10 МГц, например, в передатчиках телефонных сигналов.
и приемников, а также в импульсных источниках питания (также называемых DC-DC
преобразователи). Для этого типа применения движущая сила увеличивается
частота должна позволить миниатюризацию.

Дополнительно,
частью семейства мягких ферритов являются микроволновые ферриты, т.е.грамм.
железо-иттриевый гранат. Эти ферриты используются в диапазоне частот от 100 МГц до 500 ГГц, для волноводов для
электромагнитное излучение и в микроволновых устройствах, таких как фазовращатели.

Приложения переменного тока

Применения переменного тока относятся к электрическим
цепей и в первую очередь в трансформаторах, преобразующих одно переменное напряжение в
еще один. Передача энергии более эффективна при высоком напряжении, но больше
опасен и труднее использовать в домашних условиях.Поэтому повышающие трансформаторы
используются для увеличения напряжения передачи и понижения
трансформаторы используются для понижения напряжения перед входом в дом.

Самый маленький
Тип трансформатора представляет собой преобразователь постоянного тока в постоянный, также известный как импульсный режим питания.
поставлять. Они часто устанавливаются на микросхеме, которую можно вставить в схему.
доска. Они принимают входное напряжение постоянного тока, преобразуют напряжение в сигнал переменного тока,
который затем проходит через катушку вокруг тороидального сердечника, приемная катушка выбирает
усиливает сигнал от сердечника и выпрямляет его до выходного напряжения.В
относительное количество витков на первичной (вход) и вторичной (выход)
катушки определяют разницу в напряжении между входом и выходом.

Мягкий
магнитные материалы также играют важную роль в электродвигателях, где
они усиливают поле, создаваемое обмотками двигателя. В постоянном магните
двигатели они также используются для направления потока, создаваемого постоянным
магниты.

Приложения постоянного тока

Одно из основных приложений постоянного тока находится в
поле магнитного экранирования.Магнитный материал с высокой магнитной проницаемостью
используется для инкапсуляции устройства, требующего экранирования. На рисунке 12 показан
простой пример магнитного экрана, где трубка / сфера с высокой проницаемостью
материал направляет магнитное поле изнутри
трубка / сфера. Эффективность щита можно выразить через
коэффициент экранирования, S, где S относится к полю снаружи (B _o ) и внутри (B _i )
щит по уравнению 9 .

Для сферы S может быть
рассчитывается по уравнению 10, где м _r = относительная проницаемость, d =
толщина стенки и D =
диаметр.

Это понятно
из уравнения 10, что чем выше
проницаемость, то лучше материал будет защищать.Это также
очевидно, что по мере того, как щит становится больше, либо проницаемость
материал или толщина стенки должны увеличиваться для компенсации.

Мягкий
магнитные материалы также используются для электромагнитных полюсных наконечников, чтобы
усилить поля, создаваемые магнитом. Электромагнитные переключатели также полагаются на
мягкие магнитные материалы для активации переключателей. Самый постоянный магнит
устройства будут использовать магнитомягкие материалы для направления силовых линий или обеспечения
обратный путь для магнитных полей, e.грамм. Сканеры тела МРТ имеют большие постоянные магниты с
ярмо из магнитомягкого материала для предотвращения саморазмагничивания полей, которые
уменьшит поле в щели сканера.

На высоком
частотные металлические магнитомягкие материалы просто не могут быть использованы из-за
потери на вихревые токи. Следовательно, мягкие ферриты, которые являются керамическими
изоляторы становятся наиболее желанным материалом. Эти материалы
ферримагнетик с кубической кристаллической структурой и общим составом
МО.Fe ₂ O ₃ , где M — переходный металл, такой как никель,
марганец или цинк.

MnZn
феррит, коммерчески продаваемый как ferroxcube, может использоваться на частотах до 10 МГц, например, в передатчиках телефонных сигналов.
и приемников, а также в импульсных источниках питания (также называемых DC-DC
преобразователи). Для этого типа применения движущая сила увеличивается
частота должна позволить миниатюризацию.

Дополнительно,
частью семейства мягких ферритов являются микроволновые ферриты, т.е.грамм.
железо-иттриевый гранат. Эти ферриты используются в диапазоне частот от 100 МГц до 500 ГГц, для волноводов для
электромагнитное излучение и в микроволновых устройствах, таких как фазовращатели.

Рисунок 12 : Магнитное экранирование
трубка / сфера из магнитомягкого материала.