к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Пьезоэлектрические материалы

Пьезоэлектрические материалы - вещества (диэлектрики, полупроводники), обладающие хорошо выраженными пьезоэлектрич. свойствами (см. Пьезоэлектрики).

Пьезоэлектрич. кристаллы распространены в природе в виде естеств. минералов (кварц, турмалин, цинковая обманка и др.), большинство практически важных П. м. синтезируют (сегнетова соль, ниобат лития, пьезокерамика, пьезополимеры).

П. м. используются для изготовления пьезоэлектрических преобразователей разл. назначения: в гидролокации, УЗ-технике (см. Ультразвук), акустоэлектро-нике, точной механике и др. Для изготовления пьезо-элемента выбирают П. м., сопоставляя их параметры и характеристики, к-рые определяют эффективность и стабильность работы пьезоэлектрич. преобразователя с учётом его назначения и условий эксплуатации. П. м. характеризуются след. величинами (табл.): матрицами пьезомодулей d и относительной диэлект-рич. проницаемости es, коэф. упругой податливости SE, скоростью распространения звуковых волн с, тангенсом угла диэлектрич. потерь tgd, механич. добротностью Qm, плотностью r, предельно допустимой температурой q (темп-pa Кюри для сегнетоэлектриков). Во мн. случаях оценивать П. м. удобнее след. параметрами: 1) коэф. эл--механич. связи Kik (для квазистатич. режима, когда длина звуковой волны существенно превосходит размеры пьезоэлемента):

4019-122.jpg

где e0=8,85·10-12 Ф/м - диэлектрич. постоянная вакуума; 2) величиной4019-123.jpgважной для излучателей звука; 3) величиной4019-124.jpg, к-рая входит в выражение эл--механич. кпд преобразователей; 4) отношением 4019-125.jpg характеризующим чувствительность приёмника звука в режиме холостого хода; 5) величиной4019-126.jpg определяющей мин. сигнал, к-рый может быть принят приёмником на фоне электрич. шумов схемы; 6) механич. добротностью Qm, определяющей акустомеханич. кпд излучателя при заданной нагрузке, полосу частот пропускания эл--механич. фильтров, качество линий задержки.

Большое значение для мощных излучателей звука имеют предельно допустимое механич. напряжение, к-рое зависит от механич. прочности материала, стабильность свойств относительно разогрева, а также нелинейность свойств, при к-рой происходит перекачка энергии в высшие гармоники и уменьшение эффективности (кпд) на осн. частоте (рис. 1 и 2).

4019-127.jpg

Примечание. Значения всех констант даны для температуры 16-20° С. Цифры в скобках у монокристаллов определяют индексы соответствующих тензорных характеристик, напр. (И) означает с11, e11, d11, (36/2)-1/2d36 и т. д. Для пьезокерамики верх. значения (над чертой) для с и S имеют индексы (11), а для d и К-индекс (31); ниж. значения (под чертой) констант имеют индекс (33). Величины d31<0; d33>0. Значения tgd для кристаллов даны при напряжённости поля E<0,05 кВ/см; для пьезокерамики tgd даётся в интервале 0,05<Е<2 кВ/см; dv-объёмный пьезомодуль.

Кристаллы кварца, несмотря на их сравнительно слабые пьезоэлектрич. свойства, применяются в тех случаях, когда требуются высокая механич. добротность и стабильность по отношению к изменению температуры (напр., в эл--механич. фильтрах и различных стабилизирующих устройствах). Кристаллы ADP, сульфата лития и сегнетовой соли, как П. м. для излучателей и приёмников звука, вытеснены пьезокерами-кой ввиду её высокой пьезоэлектрич. эффективности, стабильности и технологичности. Сегнетополупроводник сульфоиодид сурьмы и выполненный на его основе материал ХГС-2 перспективны для гидроакустич. приёмников звука.


Рис. 1. Зависимость тангенса диэлектрических потерь 4019-128.jpg от эффективного значения возбуждающего электрического поля для различных типов пьезокерамики.

4019-129.jpg

Рис. 2. Зависимость механической добротности4019-130.jpg(относительной) от амплитуды механического напряжения для различных типов пьезокерамики.

4019-131.jpg

Свойства пьезокерамики, особенно у составов типа ЦТС, с изменением температуры варьируют незначительно. Изменение резонансной частоты в интервале температур 30-40°С достигает 1,5-2,0% (у сегнетовой соли до 40%), пьезомодуля и диэлектрич. проницаемости - 10-20%. Зависимость параметров пьезокерамики от всестороннего сжатия слаба, однако при действии одностороннего сжатия (108 Н/м2) вдоль оси спонтанной поляризации изменение (уменьшение) пьезомодулей может достигать 30-70%, а увеличение диэлектрич. проницаемости от 5 до 60%.

Кристаллы ниобата лития, танталата лития, германа-та свинца применяются в УЗ-технике в области СВЧ-диапазона (вплоть до ГГц) и в акустоэлектронике благодаря чрезвычайно малому затуханию в них акустич. волн, как объёмных и сдвиговых, так и поверхностных. Они используются в акустооптике. Для пьезополу-проводниковых преобразователей в линиях задержки и др. устройствах акустоэлектроники используются сульфид кадмия, оксид цинка, арсенид галлия и др. пьезополупроводники.

К пьезополимерам относят как поливинилиденфторид (ПВДФ) и сополимеры на его основе, так и пьезоэлек-трич. композиционные материалы (пьезокомпозиты). Материалы на основе ПВДФ выпускаются в виде плёнок толщиной от 10 мкм до 1 мм и более, металлизован-ных и поляризованных по толщине. Пьезокомпозит может иметь структуру в виде пористого каркаса пьезокерамики, пропитанного полимером, или чаще в виде частиц пьезокерамики (порошка, тонких стерженьков), распределённых в полимере. П. м. на основе полимеров обладают высокой пьезоэлектрич. эффективностью, эластичностью и рядом технол. преимуществ.

Пьезоэффект в полимерах возникает в результате неоднородного распределения зарядов, при статич. электризации, полимеризации и др. (тип I), а также вследствие ориентации диполей в полярных полимерах при механич. деформировании (тип II), в биополимерах (тип III), при поляризации в электрич. поле (тип IV, электреты), в результате спонтанной поляризации в таких высокополярных поликристаллич. полимерах (тип V), как, напр., ПВДФ, полиамиды, сегнетоэлектрич. стёкла и др.

В полимерах типа I и II пьезоэлектрич. коэф. d обычно невелики [d33 = (0,1-0,5)·10-12 Кл·Н-1]; в материалах типа III и IV они достигают более высоких значений [до d33 = (1- 2)·10-12 Кл·Н-1]; в материалах типа V -[до d33 = 40·10-12 Кл·Н-1].

Среди пьезокомпозитов наиб. распространены материалы на основе порошка титаната свинца, распределённого в полимере, из-за значит. величины объёмного пьезомодуля (dV = 30·10-12 Кл/Н) при достаточно простой технологии изготовления.

Литература по пьезоэлектрическим материалам

  1. Матаушек И., Ультразвуковая техника, пер. с нем., М., 1962;
  2. Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 1, ч. А, М., 1966;
  3. Смажевская Е. Г., Фельдман Н. Б., Пьезоэлектрическая керамика, пер. с англ., М., 1971;
  4. Ультразвуковые преобразователи, пер. с англ., М., 1972;
  5. Яффе Б., Кук У., Яффе Г., Пьезоэлектрическая керамика, пер. с англ., М., 1974;
  6. Newnham R. Е. и др., Connectivity and piezoelectric - pyroelectric composites, "Mat. Res. Bull.", 1978, т. 13, № 5, p. 525;
  7. Powers J. M., An emerging hydrophone technology, "JEEE Trans. Eas con's", 1979, v. 27 CH;
  8. Tiny R. Y., Evaluation of new piezoelectrik composites for hydrophone, "Ferroelectrics", 1986, v. 67;
  9. Monroe D.-L., Blum J. В., Safari A., Sol-gel derived PbTiO3 - polymer piezoelectric composites, "Ferroelectrics. Lett. section", 1986, v. 5, p. 39.

P. Е. Пасынков

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)


Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 23.10.2020 - 18:57: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
23.10.2020 - 18:56: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от проф. В.Ю. Катасонова - Карим_Хайдаров.
23.10.2020 - 08:20: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
23.10.2020 - 07:55: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
23.10.2020 - 07:54: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
23.10.2020 - 07:50: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
23.10.2020 - 03:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Проблема народного образования - Карим_Хайдаров.
23.10.2020 - 02:14: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
22.10.2020 - 09:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Амары Ельской - Карим_Хайдаров.
22.10.2020 - 09:27: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Юрия Андреевича Фролова - Карим_Хайдаров.
21.10.2020 - 09:06: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
21.10.2020 - 07:51: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution