Oddelenie teoretickej elektrotechniky
Základom Oddelenia teoretickej elektrotechniky na Ústave elektrotechniky FEI STU sa stala skupina aplikovaného magnetizmu Katedry teoretickej a experimentálnej elektrotechniky. Nadviazalo sa tým na dlhoročnú úspešnú tradíciu, ktorá začala už v roku 1963 systematickým výskumom a publikovaním pôvodných výsledkov. Vedecko-výskumná činnosť kolektívu bola a je zameraná na niekoľko kľúčových oblastí, z ktorých možno spomenúť napríklad prípravu keramických materiálov na báze oxidov železa (feritov) použiteľných v širokom rozsahu praktických aplikácií.
Príprava feritov
Využívajú sa napr. vo výkonovej elektronike, ako jadrá vysokofrekvenčných transformátorov pre spínané zdroje (SMPS), ďalej sa využívajú ako veľkokapacitné záznamové médiá, ako izolátory, cirkulátory, jadrá pre tlmivky, mikroelektromechanické systémy (MEMS), mikroaktuátory a ďalšie moderné súčiastky. Vhodnou substitúciou pôvodných prvkov štrukturálneho vzorca (s čím súvisia zmeny kryštalickej štruktúry) inými chemickými prvkami (napr. vzácne zeminy a pod.) je možné pripraviť materiály s elektromagnetickými vlastnosťami „ušitými“ na mieru pre konkrétnu aplikáciu. Substituované feritové materiály vo forme práškov je možné využiť ako plnivá do kompozitných materiálov použiteľných napr. na odtienenie nežiadúcich rušivých elektromagnetických polí v mikrovlnovej frekvenčnej oblasti. Veľmi zaujímavá je možnosť aplikácie častíc oxidov železa s rozmermi rádovo nanometrov v medicíne, a to najmä v oblasti cielenej distribúcie liečiv do tkanív s patologickým poškodením. V oblasti medicíny je tiež sľubná perspektíva liečenia rakovinových nádorov pomocou tzv. magnetickej hypertermie (termoterapia), ktorej princíp spočíva v zavedení magnetických nanočastíc do tkaniva nádoru a následnom lokálnom prehriatí pomocou striedavého magnetického poľa s vhodne zvolenou amplitúdou a frekvenciou (princíp mikrovlnového indukčného ohrevu).
Ďalšou veľkou skupinou keramických materiálov s perspektívnymi aplikáciami (nielen) v oblasti elektrotechniky, ktoré vieme pripraviť na našom pracovisku, sú vysokoteplotné supravodiče.
Okrem prípravy samotných materiálov je venovaná neustála pozornosť rozvoju experimentálnej techniky umožňujúcej skúmanie magnetických vlastností rozličných magneticky tvrdých aj magneticky mäkkých materiálov (feritov, orientovaných aj neorientovaných elektrotechnických ocelí, amorfných aj nanokryštalických materiálov, konštrukčných ocelí a pod.) v širokom rozsahu pracovných podmienok. Boli vyvinuté automatizované experimentálne aparatúry umožňujúce vďaka využitiu analógovej (hardwarovej) a tiež digitálnej (softwarovej) spätnej väzby meranie magnetizačných charakteristík za presne definovaných podmienok, ako sú napr. frekvencie, amplitúdy a definované tvary časových priebehov magnetických veličín (intenzity magnetického poľa, magnetickej indukcie). Na nasledujúcom obrázku je príklad nameraných kvázi-statických (f =1 Hz) minoritných hysteréznych slučiek materiálu používaného na výrobu káblových žľabov pre rozvody káblov v priemyselných budovách a prevádzkach.
Namerané kvázi-statické (f=1 Hz) minoritné hysterézne slučky.
Z nameraných hysteréznych slučiek sa dajú určiť rôzne magnetické parametre vyšetrovaných materiálov dôležité z hľadiska praktických aplikácií, ako napr. koercivita (Hc), remanentná magnetická indukcia (Br), amplitúdová a počiatočná permeabilita, plocha hysteréznych slučiek (resp. straty pri premagnetovaní) a pod.
Užívateľské rozhranie riadiaceho programu pre automatizované meranie magnetizačných charakteristík a iných magnetických vlastností.
Jednou z oblastí skúmania je aj využitie merania magnetických vlastností v oblasti nedeštruktívnej defektoskopie. Konkrétne sa jedná o metódu analýzy Barkhausenovho šumu (Barkhausen Noise Analysis - BNA) a metódu Magnetic Adaptive Testing (MAT). Aktivity v tejto oblasti znamenali, že kolektív oddelenia sa stal jedným zo zakladajúcich pracovísk celosvetovej siete zameranej na výskum elektromagnetických nedešteruktívnych metód diagnostiky materiálov “Universal Network for Magnetic Non-Destructive Evaluation” (UNMNDE). Z pohľadu budúcich aktivít v tejto oblasti je cieľom implementácia nových magnetických metód nedeštruktívnej defektoskopie ako štandardných metód NDE, normalizácia a štandardizácia, špeciálne s ohľadom na konštrukčné materiály pre jadrové reaktory, tlakové nádoby a potrubia v energetike a pod. s možnosťou kontinuálnej kontroly počas prevádzky zariadení.
Pre vyšetrovanie vlastností pripravených magneticky mäkkých feritových materiálov v oblasti frekvencií rádovo od desiatok MHz až do jednotiek (desiatok) GHz máme k dispozícii experimentálne aparatúry umožňujúce niekoľkými metódami odmerať frekvenčné závislosti komplexnej permeability skúmaných vzoriek, na základe ktorých sa dá posúdiť, pre ktorú oblasť pracovných frekvencií je vhodný ten-ktorý pripravený materiál.
Frekvenčné závislosti reálnej μ' a imaginárnej μ" zložky komplexnej permeability pre syntetizované kompozity NiZn feritu a prírodného kaučuku.
Pre účely praktických aplikácií je dôležité poznať aj teplotné závislosti magnetickej susceptibility, z ktorých sa dá určiť tzv. Curieho teplota (zjednodušene povedané je to teplota, pri ktorej fero- resp. ferimagnetické materiály strácajú svoje magnetické vlastnosti a menia sa na tzv. paramagnetiká). Na meranie týchto závislostí slúži unikátna experimentálna aparatúra založená na využití mostíkovej metódy merania indukčnosti, vyvinutá pracovníkmi Katedry teoretickej a experimentálnej elektrotechniky (pozri obrázok) s využitím komerčne dostupného zariadenia.
Celkový pohľad na experimentálnu aparatúru pre meranie teplotných závislostí magnetickej susceptibility a detail výhrevného systému s vodným chladením.
Namerané teplotné závislosti magnetickej susceptibility rôznych materiálov.
Kvalitu vedecko-výskumnej činnosti v uvedených oblastiach podčiarkuje aj skutočnosť, že členovia oddelenia sa pravidelne zúčastňujú na významných konferenciách zameraných na oblasť aplikovaného magnetizmu a výsledky výskumu sú priebežne publikované vo významných zahraničných a domácich periodikách s patričným ohlasom v podobe stoviek citácií. Členovia oddelenia garantujú v doktorandskom štúdiu študijný program Teoretická elektrotechnika.