Метод измерения деформаций магнитоактивных эластомеров под действием магнитных полей

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.

1. Белов К.П. Магнитострикционные явления и их технические приложения. М.: Наука, 1987. 158 c.

2. 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.

3. Engdahl G. Handbook of Giant Magnetostrictive Material. San Diego: Academic, 2000. 386 p.

4. 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.2018.02.005

5. Chashin 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/ 10.17516/1997-1397-2018-11-1-30-34

6. Samanta 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-X

7. Boley 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/10.1063/1.1447512

8. Belyaeva 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.2017.08.056

9. Webster 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.1925.0146

10. Shamonin M., Kramarenko E.Y. Highly responsive magnetoactive elastomers // Novel Magnetic Nanostructures. 2018. P. 221–245. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813594-5.00007-2

11. Glavan 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/polym11040594

12. Stepanov 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/10.1088/0953-8984/20/20/204121

13. 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/C5SM02690C

14. Sorokin 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/C4SM01738B