Пьезоэлектричество в двухкомпонентных композитах

Радченко Григорий Сергеевич
Ростовский государственный университет

Научный руководитель: Турик Анатолий Васильевич, доктор физ.-мат. наук

Композиты, содержащие сегнетопьезокерамические и полимерные компоненты, являются важными как для практических применений, так и для исследования их различных электромеханических свойств. Особенно интересными с этой точки зрения являются слоистые двухкомпонентные композиты типа 2-2. Нами разработана компьютерная программа на основе точных формул для расчета пьезоэлектрических (ПЭ) и диэлектрических свойств [1] слоистых пьезоактивных композитов со связностью 2-2. Были исследованы следующие две системы: 1 - с вектором поляризации, перпендикулярным границам раздела слоев; 2 - с вектором поляризации, параллельным границам раздела слоев. Нами получены следующие основные результаты.

  1. В системе 1 ПЭ - непьезоэлектрик (НПЭ) фактор анизотропии пьезомодулей композита
уменьшается при увеличении и резко увеличивается при уменьшении модулей упругих податливостей НПЭ компонента. Последняя ситуация не может быть реализована в обычных композитах "ПЭ - полимер" или "ПЭ - смола".

2. В системе 1 ПЭ - НПЭ при фиксированных упругих податливостях компонентов увеличение диэлектрической проницаемости НПЭ компонента ведет к одновременному увеличению диэлектрической проницаемости и пьезомодулей и композита без изменения его пьезоэлектрической анизотропии (верхний индекс s соответствует механически свободному состоянию образца).

3. В системе 1 ПЭ - ПЭ могут быть получены разные знаки при монотонном изменении диэлектрической проницаемости i-го компонента композита (i = 1; 2). Обязательным условием этого является пьезоактивность обоих компонентов и существенное различие их пьезомодулей , которое достигается надлежащим выбором второго компонента (в качестве примера нами рассматриваются такие компоненты, как полимер VF2/TrFE и сегнетопьезокерамика ПКР-7М на основе цирконата-титаната свинца; их электромеханические константы приведены в работе [2] и справочнике [3] соответственно).

4. В системе 2 ПЭ - НПЭ даже значительные изменения упругих податливостей одного из компонентов (например, в результате растрескивания сегнетопьезокерамики в процессе поляризации) не приводят к сколько-нибудь значительному увеличению анизотропии композита.

 

Список литературы:

[1] Topolov V.Yu. and Turik A.V., J.Phys.D: Appl. Phys. 33, 725 - 737 (2000).

[2] Taunaumang H., Guy I.L. and Chan H.L.W., J.Appl.Phys. 76, 484-489 (1994).

[3] Высокоэффективные пьезокерамические материалы (Справочник). Ростов н/Д: Книга, 1994. 32 с.

(c) АСФ России, 2001