Desenvolvimento e testagem de um espectrómetro magnetoelétrico

• Autor(a) principal: Vidal, João Vasco Silvestre
• Data de Publicação: 2012
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/9280
• topic: Engenharia física; Electromagnetismo; Acoplamentos magnéticos

O presente projeto teve como objetivo principal o desenvolvimento e construcao de um sistema experimental para a medicao do efeito magnetoeletrico (ME) direto, com base no metodo dinamico fazendo uso de um Lock-in, e em funcao de um campo magnetico de polarizacao ( ) ou da frequencia ( ) de um campo magnetico modulado. Para isso dividimos os trabalhos em tres fases: planeamento e projecao, calibracao, e, testagem e otimizacao. Na primeira fase, comecamos por fazer uma analise teorica sobre o comportamento magnetico e eletronico de um par de bobinas de Helmholtz e com o objetivo de determinar os seus parametros de construcao otimos. Este processo culminou assim com a construcao de uma cavidade contendo duas bobinas deste tipo. Na subsequente calibracao do sistema, foram determinadas as relacoes entre: diferenca de potencial, amplitude de corrente, frequencia e campos magneticos gerados pelas bobinas. Estas relacoes foram entao integradas em tres programas, escritos em LabVIEWR, para o controlo remoto dos diversos processos de medicao e capazes de guiar quatro dispositivos em simultaneo: um gerador de funcoes, um multimetro digital, um gaussimetro e um amplificador de Lock-in. Estes modos de medicao sao portanto: i) uma medicao do coeficiente ME em funcao da frequencia do campo modulado e sobre um campo constante produzido pelo eletroiman do espectrometro de EPR ou pelas bobinas de Helmholtz; ii) uma medicao em funcao de um campo gerado pelas bobinas de Helmholtz; e iii) uma medicao semelhante ao caso anterior so que com um campo produzido pelo eletroiman. Numa fase final de testagem e otimizacao do sistema das bobinas, concluimos a possibilidade da inducao de campos magneticos de modulacao com amplitudes de ate pelo menos 8 Oe, e frequencias de ate 102 kHz, e com variacoes de amplitude nunca superiores a 0,05 Oe ao longo de todas as frequencias. Constatamos tambem a possibilidade da geracao de campos de polarizacao de ate 120 Oe, quando induzidos pelas bobinas de Helmholtz, ou de ate 15 kOe, quando produzidos pelo eletroiman. Notamos aqui que a cavidade construida, para alem do eletroiman do espectrometro de EPR, e tambem compativel com os criostatos existentes de azoto e helio desta forma permitindo a realizacao de medicoes MEs a temperaturas dentro do intervalo dos 4 aos 450 K. Estando finalizada a construcao do sistema de medicao, realizamos uma serie de analises de avaliacao sobre o seu funcionamento. Aqui, identificamos a existencia de um sinal parasitico intenso com origem na inducao eletromagnetica de Faraday. Com o objetivo de filtrar este efeito dos resultados experimentais, testamos assim com sucesso dois metodos computacionais de correcao. No final, concluimos ainda a boa precisao (repetibilidade) e capacidade de resolucao para a detecao de sinais MEs, de ate ca. 8 ƒÊV/Oe, por parte do sistema. Numa componente experimental subsequente, conseguimos observar respostas MEs gigantes, com coeficientes de ate 123,8 V/cm.Oe (para . 100 Oe), para uma amostra composita laminada de teste de Metglas/PZT/Metglas , com configuracao 2-1 multi-push-pull, e em condicoes de ressonancia eletromecanica para uma frequencia de ca. 31 kHz. A fim de iniciar o estudo das caracteristicas do acoplamento ME em compositos bifasicos fazendo uso do composto LiNbO3 como fase piezoeletrica, sintetizamos e realizamos uma serie de medicoes sobre uma amostra prototipo laminada compacta de Metglas/LiNbO3/Metglas. Consequentemente, fomos capazes de identificar coeficientes MEs maximos transversais de ca. 16,2 mV/cm.Oe (para . 100 Oe e = 1 kHz) que, embora sendo bastante inferiores aos valores maximos espectaveis de ca. 2,32 V/cm.Oe, abrem caminho a estudos futuros com vista a utilizacao do composto LiNbO3 em compositos MEs livres de chumbo, com elevada temperatura de operacao e com uma resposta ME altamente linear e nao histeretica.