В НовГУ успешно протестировали ноу-хау по измерению малых магнитных полей

Студенты НовГУ изобрели и апробировали новую технологию измерения самых слабых магнитных полей. Она позволит изготавливать датчики и другую измерительную аппаратуру небольших размеров и применять ее в различных областях науки и жизни — начиная от электроники, заканчивая изучением строения Земли. 

Новый подход способен измерять малые значения магнитного поля до уровня пикотексла (единица измерения в десять минус двенадцатой степени). И делает это за счет новой композитной структуры, которая может поместиться в кармане, — магнитопьезофибера.

Магнитопьезофибер представляет из себя слоистый композит, состоящий из плотно склеенных между собой волокнистых структур — магнитофибера и пьезофибера. Волокна магнитофибера реагируют на магнитное поле: чем оно сильнее, тем больше деформируется структура материала. А волокна пьезофибера реагируют на эту деформацию: чем она сильнее, тем больше пьезофибер генерирует электрическое напряжение. Зная величину этого напряжения, можно рассчитать силу магнитного поля. 

— Магнитофибер и пьезофибер состоят из магнитострикционных и пьезоэлектрических волокон соответственно, — пояснила Елена Ивашева, один из авторов разработки, студентка кафедры проектирования и технологии радиоаппаратуры, инженер-исследователь лаборатории «Микро- и нанотехнологий» Передовой инженерной школы НовГУ, где ведется работа. — Именно благодаря такой волокнистой, а не пластинчатой структуре и достигается наибольший магнитоэлектрический эффект (можно измерять сверхмалые значения физических величин). А дальше дело практики: мы смогли соединить эти материалы так, чтобы волокна каждого начали работать в связке: волокна, реагирующие на магнитное поле, и волокна, генерирующие электрическое напряжение. И предоставлять таким образом замеры физических величин, даже если они ничтожно малы.

Востребованность от повседневной жизни до изучения глубин Земли  

Проблема измерения малых магнитных полей сегодня актуальна во всем мире. И ее решение востребовано в различных сферах жизни и науки. Например, в электронике и энергетике для оптимизации и мониторинга работы электронных приборов и устройств. В биомедицине для измерения значений малых магнитных полей сердца, головного мозга, необходимых для более полной точной диагностики состояния здоровья человека. В геологии для исследования почв, пород, поиска месторождений полезных ископаемых. Или в геофизике для изучения структуры Земли. Поэтому ученые всего мира работают над увеличением чувствительности измерительных приборов даже к незначительным изменениям магнитного поля.  

Как отметили разработчики, аналога магнитопьезофибера ни в России, ни за рубежом нет (то есть структуры, полностью разработанной на основе волокон). Однако есть публикации российских и зарубежных исследователей о подобных материалах, где одна из фаз (магнитострикционная или пьезоэлектрическая) волокнистая. Также в США ведется производство пьезоэлектрических волокнистых структур под названием Macro Fiber Composite (MFC).  

Текущий статус

На данный момент научная группа из студентов и сотрудников Политехнического института НовГУ под руководством Бичурина Мирзы Имамовича продолжает проводить дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования, чтобы отточить до совершенства новую технологию.

По окончании этого этапа разработчики планируют внедрить устройства и системы, работающие на основе ноу-хау, на предприятия Новгородской области.

Фото Михаил Лебедев