Читать онлайн «Высокоанизотропные пьезоэлектрические материалы: физические основы и моделирование свойств»

Автор Тополов В.Ю.

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.