Связность исследованного пьезоактивного материала 2–1–2 ранее не
рассматривалась учеными, а композит такого рода может быть применим,
например, для пьезоэлектрических сенсоров, приборов для приема звука и
ультразвука под водой, а также акустических преобразователей.
Произнося слово «композитный», у большинства из нас возникают
ассоциации с чем-то современным и инновационным. Например, мы можем
представить обшивку для сухого Суперджета или новой версии скоростного
автомобиля. Помимо этого, люди часто представляют, что композитные
материалы – это основа любых современных бытовых предметов, будь то
раковина или же пломба для зуба. Однако мы редко задумываемся над тем,
что композиты появились несколько тысяч лет назад, и история их создания
уходит своими корнями в Древний Египет.
Композит – это материал, состоящий из двух или более компонентов с
различными физическими и химическими свойствами. При этом в сочетании
друг с другом они создают новый материал или улучшают характеристики
одного из присутствующих компонентов. Композитом можно назвать
железобетон, включающий в себя металлическую сетку и бетон. Его
примечательной чертой является хорошо различимая граница между двумя
материалами в его составе, что и является основной характеристикой любого
композита. Кроме того, в его составе часто выделяют матрицу и наполнитель.
Изменяя их состав и объемные доли, можно получить разнообразие новых
материалов с различными свойствами.
В июне этого года профессор Физического факультета ЮФУ Виталий
Тополов опубликовал новую статью в журнале «Smart Materials and
Structures» (Издательство Института физики – IOP Publishing). Она знакомит
с новым, разработанным ученым, пьезоактивным композитом. Он содержит
бессвинцовые компоненты (два кристаллических и полимерный) и
демонстрирует высокую пьезочувствительность в сочетании с большими
значениями гидростатических параметров. Связность исследованного
материала 2–1–2 ранее не рассматривалась в литературе и может быть
интересной с точки зрения микрогеометрии, анизотропии
электромеханических свойств и ряда потенциальных применений. К таким
применениям относятся пьезоэлектрические сенсоры, гидрофоны и
акустические преобразователи.
«Предложенный трехкомпонентный пьезоактивный композит сочетает в
себе черты традиционных слоистых и волокнистых композитов и обладает
рядом параметров, которые выше, чем у слоистых или волокнистых
композитов типа “кристалл – полимер”. Прежде всего, у нашего композита
достигаются высокая продольная пьезочувствительность и связанные с ней
гидростатические чувствительность и параметр приема. При этом
большие значения эффективных параметров достигаются в присутствии
всех бессвинцовых компонентов, что указывает на преимущества
предложенного композита по сравнению с традиционными пьезоактивными
композитами на основе свинецсодержащих сегнетокерамик типа PZT или
ЦТС», – рассказал Виталий Тополов.
Связность композита в данной работе представлена индексами 2–1–2.
Каждый индекс указывает, вдоль скольких осей координат непрерывно
распределен конкретный компонент композита (концепция проф. Роберта
Ньюнэма конца 70-х годов). Предложенный Виталием Тополовым композит
состоит их трех компонентов: первый образует слои сегнетоэлектрического
кристалла, они непрерывны вдоль двух осей координат. Второй – образует
стержни пьезоэлектрического кристалла, и эти стержни имеют форму
эллиптического цилиндра и непрерывны вдоль одной оси координат. Третьим
компонентом является полимер, который выступает как матрица для
стержней и одновременно как система слоев, непрерывных вдоль двух осей
координат.
«Данное исследование значимо, во-первых, вследствие описания активной
роли бессвинцовых компонентов в формировании высоких значений
параметров композитов, то есть бессвинцовые компоненты начинают
конкурировать с известными свинецсодержащими. Во-вторых, из-за анализа
характеристик нового композита, сформированного на основе двух
распространенных связностей – 2–2 для слоистых и 1–3 для волокнистых
композитов. Нужно подчеркнуть и то, что трехкомпонентные композиты,
подобные рассмотренному в работе, важны с точки зрения улучшения ряда
параметров композитов для пьезотехнических, сенсорных и
гидроакустических применений. Это важный шаг вперед после исследований
и апробации двухкомпонентных композитов», – отметил ученый.
Доктор физико-математических наук, профессор Физического факультета
ЮФУ Виталий Тополов имеет на своем счету 237 научных работ,
включенных в БД Скопус, и занимает второе место по цитированию среди
всех сотрудников факультета. По его словам, данная работа стала следующим
логическим шагом после издания монографии по инновационным
пьезоактивным композитам в World Scientific (Сингапур, 2022).
Центр общественных коммуникаций
Южного федерального университета
Нет комментариев