Научно-исследовательский институт физики
Скачать 430.44 Kb.
|
Пьезоэлектрическим эффектом называется способность некоторых кристаллических материалов генерировать электрический заряд, пропорциональный механическому напряжению. Этот эффект был обнаружен Пьером и Жаком Кюри в 1880 г. Вскоре было установлено, что подобные материалы должны также обладать и обратным пьезоэлектрическим эффектом, то есть деформироваться пропорционально приложенному электрическому напряжению. Наиболее полный и содержательный обзор раннего периода изучения пьезоэлектрических кристаллов можно найти в классических монографиях Кэди и Мэзона [1,2] и более поздних работах [3,4].Электрическое поле и поляризация описываются векторами, механическое напряжение и деформация описываются тензорами, не являющимися векторными величинами. Таким образом, для осуществления пьезоэлектрического взаимодействия необходимо, чтобы хотя бы одно направление в среде было полярным. Симметрия ряда кристаллографических классов допускает наличие у принадлежащих к ним кристаллов полярных направлений, у кристаллов же других классов и у изотропных тел такие направления в принципе отсутствуют. Поэтому пьезоэлектричество долгое время составляло лишь один из разделов физики монокристаллов. Полярность, необходимую для придания материалу пьезоэлектрических свойств, можно придать на более или менее длительное время и первоначально изотропной среде, если приложить к ней в течение некоторого времени сильное электрическое поле. Этот процесс называют поляризацией. Создание имеющих практическое значение пьезоэлектриков путем обработки поликристаллических материалов тесно связано с проблемой сегнетоэлектричества. Это явление впервые было обнаружено Валашеком [5] на монокристаллах сегнетовой соли, хотя в них пьезоэлектрический эффект достаточно велик независимо от их сегнетоэлектрических свойств. Сегнетоэлектрические свойства связаны с наличием у кристалла спонтанного электрического момента, ориентация которого может быть изменена внешним электрическим полем, принимая при этом два или более фиксированных кристаллографических направлений. До 1940 г. были известны лишь два типа сегнетоэлектриков – сегнетова соль и родственные ей тартраты и дигидрофосфат калия и его изоморфы. Открытие сегнетоэлектрических свойств у керамического титаната бария независимо авторами разных стран (Вулом и Гольдманом [6] в СССР, Уэйнером [7] в США, Огавой [8] в Японии) дало толчок развитию исследований в области сегнетоэлектричества и практического использования керамических сегнетоэлектриков. Первыми промышленными изделиями из титаната бария были пьезоэлектрические звукосниматели, появившиеся примерно в 1947 г. За этим последовало быстрое расширение областей применения титаната бария. Вскоре обнаружилось, что для улучшения температурной стабильности параметров преобразователя или увеличения выходного сигнала необходимо использовать модифицирующие добавки при изготовлении сегнетокерамики. В 1952 г. Гудманом [9] был открыт пьезоэлектрик совершенно иной структуры – ниобат свинца, за которым последовало открытие ряда твердых растворов на его основе. Обнаружение чрезвычайно сильного и стабильного пьезоэлектрического эффекта в твердых растворах системы цирконата-титаната свинца (ЦТС) имело очень большое практическое значение [10]. Это объясняется их высокими пьезоэлектрическими коэффициентами, широким изоморфизмом, наличием в этой системе области структурного фазового перехода [11,12], сопровождающегося экстремумами электрофизических параметров. На основе системы ЦТС в 60-х годах получены пьезокерамические материалы различного назначения; некоторые из них не утратили своей эффективности и до настоящего времени. Среди них лучшими считаются материалы типа PZT фирмы "Vernitron" США [13]. Переход в конце 60-х – начале 70-х годов от системы ЦТС к трехкомпонентным системам на ее основе, осуществленный впервые японскими исследователями, позволил повысить параметры сегнетоэлектрических твердых растворов и улучшить их спекаемость [14]. Последующее модифицирование системы PbTiO3–PbZrO3–PbNb2/3Mg1/3O3 различными оксидами привело к существенному улучшению их характеристик и созданию промышленных материалов типа PCM фирмы "Matsushita Electric", Япония [15]. Качественный скачок в создании высокоэффективных сегнето-пьезоматериалов относится к началу 70-х годов, когда в НИИ физики РГУ под руководством профессора Фесенко Е.Г. были начаты исследования многокомпонентных систем сложных оксидов со структурой типа перовскита на основе ЦТС (4-х и 5-ти компонентных; позже исследование таких систем проводилось и в Японии), на основе ниобатов щелочных металлов, твердых растворов других структурных типов [16-18]. Разработаны методы получения и исследования указанных твердых растворов, изучены зависимости между электрофизическими, кристаллохимическими и структурными параметрами. Следует отметить, что с ростом числа компонентов расширяются области составов с оптимальными для различных применений сочетаниями свойств. Исследования твердых растворов на основе титаната свинца, ниобатов щелочных и щелочноземельных металлов, метаниобата свинца, соединений со структурой тетрагональной калий-вольфрамовой бронзы, висмутсодержащих соединений со слоистой структурой также позволили получить сегнетопьезоматериалы с уникальными свойствами [19-21]. В результате проведенных исследований были получены новые высокоэффективные пьезокерамические материалы типа ПКР (пьезокерамика ростовская) различного назначения с разнообразными сочетаниями параметров: - для устройств, работающих в силовых режимах (пьезоэлектрических трансформаторов и двигателей, ультразвуковых излучателей с высокой удельной акустической мощностью, генераторов высокого напряжения для систем зажигания); - низкочастотных преобразователей, работающих в режиме приема (микрофонов, гидрофонов, звукоснимателей); - высокочувствительных акселерометров, дефектоскопов, приборов медицинской диагностики; - фильтровых устройств; - высокочастотных акустоэлектрических преобразователей; - пироприемников; - высокотемпературных датчиков давлений, ускорений; - исполнительных устройств робототехники; - систем микроперемещений; - преобразователей для юстировки зеркал в системах оптической связи; - высокотемпературных преобразователей, используемых в атомной энергетике, космической технике и др. - устройств на поверхностных акустических волнах. |
Похожие:
 | Институт физики микроструктур ран – филиал федерального государственного бюджетного научного учреждения «федеральный исследовательский... |  | Микроб"; фгуз "Противочумный центр Роспотребнадзора"; фгуз "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский противочумный институт";... |
| «российский федеральный ядерный центр всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» | | ... |
| «российский федеральный ядерный центр всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» | | Федеральным государственным унитарным предприятием «Мытищинский научно-исследовательский институт радиоизмерительных приборов» и... |
| Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский институт «Гириконд» создано Комитетом по управлению городским имуществом... | | Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский институт «Гириконд» создано Комитетом по управлению городским имуществом... |
| Фгуп рфяц «Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики», г. Саров | | Перечень разработан специалистами Отдела нормативного обеспечения охраны труда Федерального государственного учреждения «Всероссийский... |