Разработка физических основ создания устройств сбора энергии на основе мультиферроидных материалов

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы комплексных теоретических и экспериментальных исследований статических и динамических механизмов взаимосвязи магнитоэлектрических характеристик мультиферроиков на основе магнитной и пьезоэлектрической компонентов и физических свойств исходных фаз для разработки физических основ создания устройств сбора энергии. Целью настоящего проекта является разработка физических основ создания устройств сбора энергии, преобразующих механические вибрации и внешнее магнитное поле в электрическую энергию. Предлагаемый проект посвящен исследованию устройств сбора магнитной и механической энергии посредством моделирования структур на основе мультиферроиков. К мультиферроикам относят материалы, объединяющие в себе два и более вида «ферроупорядочений», например, магнитное (ferromagnetic) и сегнетоэлектрическое (ferroelectric). К мультиферроиковым материалам также относятся магнитоэлектрические слоистые структуры. Использование магнитоэлектрических и пьезоэлектрических преобразователей при воздействии внешнего магнитного поля и механических вибраций целесообразно для получения электрической энергии для питания интеллектуальных беспроводных устройств электронных систем, включая средства защиты коммуникационных систем. Магнитоэлектрические и пьезоэлектрические преобразователи демонстрируют возможность применения в устройствах электропитания благодаря возможности использования при проектировании компактных микроэлектромеханических систем с высокой чувствительностью по отношению к слабым входным магнитным полям и механическим вибрациям. Важным аспектом данного исследования является разработка новых аналитических методов электромеханического моделирования консольных пьезоэлектрических и магнитоэлектрических составных стержневых конструкций на основе компонент с градиентом состава, пространственно-изменяющейся геометрией и переменной нагрузкой. Пьезоэлектрические и магнитоэлектрические составные стержневые конструкции при наличии и отсутствии груза на конце также будут всесторонне обсуждены и сопоставлены с экспериментальными результатами. Пьезоэлектрические и магнитоэлектрические преобразователи выбраны для дальнейшего исследования, посвященного разработке новых теоретических методов расчета выходного напряжения при различных входных воздействиях. Одной из основных целей данного проекта является исследование современных методов преобразования энергии с целью построения адекватных теоретических моделей. Кроме того, будут получены аналитические модели динамических электромеханических уравнений магнитоэлектрических стержневых конструкций с грузом на конце для магнитного и механического входных воздействий. Предложенные модели будут использованы для определения оптимальных геометрии, состава и объемных долей компонент конструкций. Разработка физических принципов построения устройств сбора энергии и результаты моделирования позволят выполнить макетирование устройств для сбора магнитной и механической энергии. Будут получены результаты макетирования, подтверждающие возможность создания указанных устройств с характеристиками, превышающими параметры известных приборов.