Ученый ЮФУ предложил первый в мире инновационный пьезокомпозит со связностью 2–1–2
Связность исследованного пьезоактивного материала 2–1–2 ранее не рассматривалась учеными. При этом новый композит такого рода можно применить, например, для пьезоэлектрических сенсоров, приборов для приема звука и ультразвука под водой, а также акустических преобразователей.
При произношении слова «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 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 профессора Роберта Ньюнэма конца 1970-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).
Telegram 
Дзен 
VK 
