mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2019-7-4-81-91mireabulletin-166Research ArticleМИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКА. ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯMICRO- AND NANOELECTRONICS. CONDENSED MATTER PHYSICSМетод измерения деформаций магнитоактивных эластомеров под действием магнитных полейMethod of Measuring Deformations of Magnetoactive Elastomers under the Action of Magnetic Fieldshttps://orcid.org/0000-0001-7762-9198СавельевД. В.SavelievD. V.

аспирант кафедры наноэлектроники Физико-технологического института

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

ResearcherID D-8952-2019

Scopus Author ID 57196479660

Postgraduate Student of the Chair of Nanoelectronics, Institute of Physics and Technology

78, Vernadskogo pr., Moscow 119454, Russia

ResearcherID D-8952-2019

Scopus Author ID 57196479660

https://orcid.org/0000-0002-3699-4321ФетисовЛ. Ю.FetisovL. Yu.

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры наноэлектроники Физико-технологического института

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

ResearcherID D-1163-2013

Scopus Author ID 26431336600

Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Associate Professor of the Chair of Nanoelectronics, Institute of Physics and Technology

78, Vernadskogo pr., Moscow 119454, Russia

ResearcherID D-1163-2013

Scopus Author ID 26431336600

fetisovl@yandex.ruЧашинД. В.ChashinD. V.

кандидат технических наук, ведущий инженер Научно-образовательного центра «Магнитоэлектрический материалы и устройства»

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

ResearcherID D-9629-2019

Scopus Author ID 23977510200

Leading Engineer of the Research and Educational Center «Magnetoelectric materials and Devices»

ResearcherID D-9629-2019

Scopus Author ID 23977510200

78, Vernadskogo pr., Moscow 119454, Russia

ШабинП. А.ShabinP. A.

студент кафедры наноэлектроники Физико-технологического института

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Student of the Chair of Nanoelectronics, Institute of Physics and Technology

78, Vernadskogo pr., Moscow 119454, Russia

ВьюникД. А.VyunikD. A.

студент кафедры наноэлектроники Физико-технологического института

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Student of the Chair of Nanoelectronics, Institute of Physics and Technology

78, Vernadskogo pr., Moscow 119454, Russia

ФедуловФ. А.FedulovF. A.

аспирант кафедры наноэлектроники Физико-технологического института

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Scopus Author ID 57194284263

Postgraduate Student of the Chair of Nanoelectronics, Institute of Physics and Technology

78, Vernadskogo pr., Moscow 119454, Russia

КettlW.KettlW.

студент магистратуры «Электротехника и микросистемная техника», Университет прикладных наук г. Регенсбург

58, Prüfeninger str., Regensburg 93049, Германия

Master Student «Electrical Engineering and Microsystem Technology»

58, Prüfeninger Str., Regensburg 93049, Germany

https://orcid.org/0000-0001-5637-7526ShamoninM.ShamoninM.

Dr. Rer. Nat., профессор, факультет «Электротехника и информационные технологии», Университет прикладных наук г. Регенсбург

58, Prüfeninger str., Regensburg 93049, Германия

Scopus Author ID 7003493217

 

Dr. Rer. Nat., Professor, Fakultät Elektro- und Informationstechnik 

58, Prüfeninger Str., Regensburg 93049, Germany)

Scopus Author ID 7003493217

mikhail.chamonine@oth-regensburg.deМИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian FederationOstbayerische Technische Hochschule RegensburgГерманияOstbayerische Technische Hochschule RegensburgGermany201910082019748191Copyright © Савельев Д.В., Фетисов Л.Ю., Чашин Д.В., Шабин П.А., Вьюник Д.А., Федулов Ф.А., Кettl W., Shamonin M., 20192019Савельев Д.В., Фетисов Л.Ю., Чашин Д.В., Шабин П.А., Вьюник Д.А., Федулов Ф.А., Кettl W., Shamonin M.Saveliev D.V., Fetisov L.Y., Chashin D.V., Shabin P.A., Vyunik D.A., Fedulov F.A., Kettl W., Shamonin M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/166

Магнитодеформация представляет собой изменение размеров и формы образца под действием однородного внешнего магнитного поля. Исследование данного эффекта в различных материалах позволяет изучить природу магнитных и механических взаимодействий в них. Большой интерес вызывает магнитодеформация и с инженерной точки зрения для конструирования новых приборов и устройств микросистемной техники. В магнитоактивных эластомерах, содержащих магнитные микрочастицы в полимерной матрице, обнаружена гигантская деформация под действием внешнего магнитного поля. Общепризнанные методы измерения магнитодеформации в магнитоактивных мягких материалах в настоящее время практически отсутствуют. В статье описана установка, разработанная для исследования магнитoмеханических характеристик магнитоактивных эластомеров, и продемонстрированы ее экспериментальные возможности. Установка позволяет измерить деформации в диапазоне от 0 до 12.5 мм с разрешением 1 мкм. Получаемые при помощи данной установки деформационные кривые необходимы для разработки актюаторных и сенсорных устройств на основе магнитоактивных эластомеров и улучшения технологий их изготовления.

Magnetic deformation is a change in the size and shape of a sample under the action of a uniform external magnetic field. The study of this effect in various materials provides deep understanding of the nature of magnetic and mechanical interactions. Moreover, magnetic deformation is of great interest from an engineering point of view for designing new devices. In magnetoactive elastomers containing magnetic microparticles in the polymer matrix, a giant deformation is detected under the action of an external magnetic field. The generally accepted methods for measuring magnetic deformation in magnetoactive soft materials are now practically absent. The article describes the installation for the study of the magnetomechanical characteristics of magnetoactive elastomers and demonstrates its experimental capabilities. The installation allows to measure deformations in the range from 0 to 12.5 mm with a resolution of 1 micron. The deformation curves obtained using these installations are required for developing actuators and sensors based on magnetoactive elastomers, and also for improving their manufacturing technologies.

магнитоактивные эластомерымагнитострикциямагнитодеформацииферромагнетикимикрочастицыmagnetoactive elastomersmagnetostrictionmagnetodeformationferromagneticsmicroparticlesРабота выполнена в рамках совместного проекта Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 18-502-12037) и Немецкого исследовательского общества (Deutsche Forschungsgemeinschaft, грант 389008375).ReferencesБелов К.П. Магнитострикционные явления и их технические приложения. М.: Наука, 1987. 158 c.Belov K.P. Magnetostriction phenomena and their technical applications. Мoscow: Nauka Publ., 1987. 158 p., (in Russ.).Физическая энциклопедия : в 5-ти т. / Гл. ред. А.М. Прохоров. М.: Советская энциклопедия (тт. 1-2); Большая Российская энциклопедия (тт. 3-5), 1988-1999.Physical Encyclopedia: in 5 volumes. Ed. A.M. Prokhorov. Moscow: Sovetskaya entsiklopediya (V. 1-2); Bolʼshaya Rossiyskaya entsiklopediya (v. 3-5), 1988-1999, (in Russ.).Engdahl G. Handbook of Giant Magnetostrictive Material. San Diego: Academic, 2000. 386 p.Engdahl G. Handbook of Giant Magnetostrictive Material. San Diego: Academic, 2000. 386 p.Elhajjar R., Law C.-T., Pegoretti A. Magnetostrictive polymer composites: Recent advances in materials, structures and properties // Progr. Mater. Sci. 2018. V. 97. P. 204–229. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2018.02.005Elhajjar R., Law C.-T., Pegoretti A. Magnetostrictive polymer composites: Recent advances in materials, structures and properties. Progr. Mater. Sci. 2018; 97:204-229. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2018.02.005Chashin D.V., Burdin D.A., Fetisov L.Yu., Economov N.A., Fetisov Yu.K. Precise measurements of magnetostriction of ferromagnetic plates // Journal of Siberian Federal University. Mathematics & Physics. 2018. V. 11(1). P. 30–34. https://doi.org/ 10.17516/1997-1397-2018-11-1-30-34Chashin D.V., Burdin D.A., Fetisov L.Yu., Economov N.A., Fetisov Y.K. Precise measurements of magnetostriction of ferromagnetic plates. Journal of Siberian Federal University. Mathematics & Physics. 2018; 11(1):30-34. https://doi.org/ 10.17516/1997-1397-2018-11-1-30-34Samanta H., Nagata Y., Uchida T., Abe S. New optical technique for bulk magnetostriction measurement // J. Magn. Magn. Mater. 2000. V. 212. № 3. P. 355–360. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(99)00832-XSamanta H., NagataY., UchidaT., Abe S. New optical technique for bulk magnetostriction measurement. J. Magn. Magn. Mater. 2000; 212(3):355-360. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(99)00832-XBoley M.S., Shin W.C., Rigsbee D.K., Franklin D.A. Capacitance bridge measurements for magnetostriction // J. Appl. Phys. 2002. V. 91(10). P. 8210–8212. https://doi.org/10.1063/1.1447512Boley M. S., Shin W.C., Rigsbee D.K., Franklin D.A. Capacitance bridge measurements for magnetostriction. J. Appl. Phys. 2002; 91(10):8210-8212. https://doi.org/10.1063/1.1447512Belyaeva I.A., Kramarenko E.Y., Shamonin M. Magnetodielectric effect in magnetoactive elastomers: Transient response and hysteresis // Polymer. 2017. V. 127. P. 119–128. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2017.08.056Belyaeva I.A., Kramarenko E.Y., Shamonin M. Magnetodielectric effect in magnetoactive elastomers: Transient response and hysteresis. Polymer. 2017; 127:119-128. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2017.08.056Webster W.L. Magneto-striction in iron crystals // Proceed. of the Royal Society A. 1925. Iss. 109. P. 570–584. https://doi.org/10.1098/rspa.1925.0146Webster W.L. Magneto-striction in iron crystals. Proceed. of the Royal Society A. 1925; 109:570-584. https://doi.org/10.1098/rspa.1925.0146Shamonin M., Kramarenko E.Y. Highly responsive magnetoactive elastomers // Novel Magnetic Nanostructures. 2018. P. 221–245. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813594-5.00007-2Shamonin M., Kramarenko E.Y. Highly responsive magnetoactive elastomers. Novel Magnetic Nanostructures. 2018:221-245. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813594-5.00007-2Glavan G., Kettl W., Brunhube, A., Shamoni, M., Drevenšek-Olenik I. Effect of material composition on tunable surface roughness of magnetoactive elastomers // Polymers. 2019. V. 11(4) P. 594. https://doi.org/10.3390/polym11040594Glavan G., Kettl W., Brunhuber A., Shamonin M., Drevenšek-Olenik I. Effect of material composition on tunable surface roughness of magnetoactive elastomers. Polymers. 2019; 11(4):594. ttps://doi.org/10.3390/polym11040594Stepanov G.V., Borin D.Yu., Raikher Yu.L., Melenev P.V., Perov N.S. Motion of ferroparticles inside the polymeric matrix in magnetoactive elastomers // J. Phys.: Condens. Matter. 2008. V. 20. P. 204121. https://doi.org/10.1088/0953-8984/20/20/204121Stepanov G.V., Borin D.Yu., Raikher Yu.L., Melenev P.V., Perov N.S. Motion of ferroparticles inside the polymeric matrix in magnetoactive elastomers. J. Phys.: Condens. Matter. 2008; 20:204121. https://doi.Belyaeva I.A., Kramarenko E.Y., Stepanov G.V., Sorokin V.V., Stadler D., Shamonin M. Transient magnetorheological response of magnetoactive elastomers to step and pyramid excitations // Soft Matter. 2016. V. 12(11). P. 2901–2913. https://doi.org/10.1039/C5SM02690Corg/10.1088/0953-8984/20/20/204121Sorokin V.V., Ecker E., Stepanov G.V., Shamonin M., Monkman G.J., Kramarenko E.Y., Khokhlov A.R. Experimental study of the magnetic field enhanced Payne effect in magnetorheological elastomers // Soft Matter. 2014. V. 10(43). P. 8765–8776. https://doi.org/10.1039/C4SM01738BBelyaeva I.A., Kramarenko E.Y., Stepanov G.V., Sorokin V.V., Stadler D., Shamonin M. Transient magnetorheological response of magnetoactive elastomers to step and pyramid excitations. Soft Matter. 2016; 12(11):2901-2913. https://doi.org/10.1039/C5SM02690CSorokin V.V., Ecker E., Stepanov G.V., Shamonin M., Monkman G.J., Kramarenko E.Y., Khokhlov A.R. Experimental study of the magnetic field enhanced Payne effect in magnetorheological elastomers. Soft Matter. 2014; 10(43):8765-8776. https://doi.org/10.1039/C4SM01738BSorokin V.V., Ecker E., Stepanov G.V., Shamonin M., Monkman G.J., Kramarenko E.Y., Khokhlov A.R. Experimental study of the magnetic field enhanced Payne effect in magnetorheological elastomers. Soft Matter. 2014; 10(43):8765-8776. https://doi.org/10.1039/C4SM01738B

The authors declare that there are no conflicts of interest present.