Министерство образования Российской Федерации
РОСТОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
--------------------------------------------------------------------------
ФАКУЛЬТЕТ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
КАФЕДРА ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
ФИЗИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА
Панич А. Е. ,
Тополов В. Ю. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
«Высокоанизотропные пьезоэлектрические материалы:
физические основы и моделирование свойств»
для студентов факультета высоких технологий и
физического факультета
Ростов-на-Дону
2002
Авторы:
Панич А. Е. , доктор тех. наук, декан факультета высоких технологий,
директор НКТБ “Пьезоприбор” при Ростовском государственном
университете
Тополов В. Ю. , доктор физ. -мат. наук, Соросовский доцент, профессор
кафедры физики полупроводников физического факультета
3
ВВЕДЕНИЕ
В настоящих методических указаниях рассматриваются гетерогенные
(неоднородные) пьезоэлектрики, составляющие обширную и весьма
важную для практических применений группу диэлектрических
материалов. В этих материалах проявляется пьезоэлектрический эффект –
возникновение электрической поляризации при сжатии или растяжении в
определенных направлениях даже в отсутствие электрического поля E
(прямой пьезоэффект) либо появление механической деформации под
действием внешнего поля E (обратный пьезоэффект). Связь между
механическими и электрическими переменными, например, между
деформацией и напряженностью внешнего поля E или между
механическим напряжением и поляризацией, является линейной. Необходимым условием существования пьезоэффекта является отсутствие
в структуре диэлектрика центра симметрии, т.
е. наличие полярных
направлений. А. В. Шубников впервые обосновал, что пьезоэлектрическая
среда не обязательно должна быть кристаллом. Исследования в области
кристаллографии пьезоэффекта показывают, что пьезоэлектрические
свойства обнаруживаются в нецентросимметричных анизотропных средах,
симметрия которых описывается одной из следующих предельных групп
Кюри: ∞, ∞mm, ∞/2. Соответствующие материалы формируются в виде
пьезоэлектрических текстур, т. е. сред, характеризующихся
преимущественной ориентацией полярных осей кристаллитов (зерен) под
действием внешнего поля E и сохранением остаточной поляризации
образцов в направлении E после снятия поля. В пьезотехнике и
пьезоэлектронике наибольшее распространение получили
сегнетопьезокерамики (СПК), описывающиеся предельной группой
симметрии ∞mm. Однако нередко при решении различных прикладных
задач требуется изготовить материалы с таким сочетанием физических
свойств, которое не свойственно ни пьезоэлектричеcким кристаллам, ни
керамикам на их основе. В этом случае прибегают к изготовлению
композитных материалов, представляющих собой либо наполненные СПК
полимеры, либо СПК с определенной структурой пор.