Поляризованная керамика: Недостатки поризованных керамических блоков, все плюсы и минусы

Экспериментальная часть.
С целью повышения степени контролируемости процесса формирования гибких пьезокомпозитов типа сегнетофаза – полимер нами в качестве наполнителя использованы частицы пьезофаз, полученные в процессе одноосного хрупкого разрушения пористых поляризованных пьезокерамических каркасов (общая пористость от 20 до 70 об. %) (рис 1). Образцы пористой пьезокерамики на основе ЦТС НВ-1 были изготовлены по технологии непрерывного удаления солевого порообразователя из системы при температурах (конечная температура обжига 1150 – 1200^оС в течение 1,5 – 3 часов). Поляризация пористой керамики осуществлялась импульсным методом в СCl₄ при стандартных условиях. Пористая пьезокерамика  имела  максимальные продольные пьезопараметры за счёт оптимальных режимов синтеза использованных пьезофаз, а также  спекания образцов.
Перед проведением  технологической операции хрупкого разрушения, предварительно спечённая и поляризованная керамика с различной степенью пористости и контролируемыми размерами пор, обрабатывалась парами борноэтилового эфира (аппретирование) и затем,  методом окунания, пропитывалась термостойким (до +250°C) двухкомпонентным силиконовым компаундом пентэласт®-712. Компаунд, применявшийся для изготовления пьезокомпозитов,  предназначен для герметизации электро- и радиоприборов, работающих на  воздухе и условиях повышенной влажности, а компонентом его отверждения является вода, что способствует её устранению с поверхности частиц пьезофазы. Согласно ТУ герметик имеет удельное (объёмное и поверхностное) электрическое сопротивление порядка  2•1014 Ом*см при 20±5°C, tgδ = 0,2•10^-3 и ε = при 10⁶ Гц, не более 3 при электрической прочности, при 20±5°C, не менее 21 кВ/мм, что значительно превосходит условия поляризации пьезоматериалов.
До завершения его полимеризации образцы  помещались в пресс-форму, диаметр которой превосходил диаметр исходного образца на 30%.

Рисунок 1 – Образцы исходных пористых керамических каркасов: слева общая пористость 28 об.%; справа – 67 об.%.

До завершения полимеризации компаунда, образцы  помещались в пресс-форму, диаметр которой превосходил диаметр исходного образца на 30%. Используемая в рассматриваемой технологии пресс-форма имела  внешние  кольца для ограничения свободного хода  пуансона, что  позволяло контролировать степень разрушения (смятия) пористого каркаса при его одноосном сдавливании, которое (согласно данным растровой микроскопии – электронный микроскоп   JSM-6390LA) начиналось, преимущественно, в области крупных пор  и постепенно распространялось на другие области системы. Продукты разрушения пористых каркасов помещались в воронку Шота и через них (с использованием среднего вакуума) «фильтровался» компаунд, что обеспечивало равномерное покрытие полимером осколков пористой керамики.
На следующем этапе продукт пропитки прессовался давлением 10 МПа/см². После завершения процесса отверждения компаунда (24 часа) из образцов вырезались диски диаметром 10 мл и высотой 1,2 мм, торцы которых зашлифовывались до высоты 1 мм. Поверхности изготовленных образцов до и после шлифовки представлены на рисунке 2. Электроды на поверхности образцов наносились с помощью разработанной нами медно – никелевой  пасты (на основе того же компаунда), содержащей до 85 об. % металлического порошка.   Поляризация  пьезокомпозитов проводилась на воздухе при температуре 70 – 90^оС в течение 10 — 30 минут полем до 10 кВ/мм с последующим охлаждении образцов «под полем». Электрофизические параметры (ЭФП) пьезоматериалов измерялись через 7 суток после их поляризации в соответствии с  ОСТ 11 0444-87 на образцах стандартных размеров.
Массовая доля  пьезофазы в образцах определялось по массе пьезоматериала в исходной пористой заготовке, а её объёмная доля в пьезокомпозите рассчитывалась исходя из объёма образца, его массы и рентгенографической плотности пьезофазы.   Степень механического разрушения пористого каркаса регулировалась путём изменения высоты образца в процессе его одноосного разрушения (на 10, 20 или 30%). Средний размер осколков  (при фиксированной степени смятия) увеличивается по мере роста пористости исходного керамического каркаса (рис. 3 а, б). 

а

б

в

г

Рисунок 2  — Поверхности пьезокомпозитов со смешанным типом связности фаз: а и б  — до «химической шлифовки»: в и г – после шлифовки.   (а и в)  исходная пористость керамического каркаса 32 об.%, (б и г) – 62 об.%.

<

а

б

в

г

Рисунок 3 – Гистограммы порошков (Analizete 22), образующихся при разрушении пористых каркасов: а и б – деформация исходного каркаса 20%; в – 10%; г – 30%

Обратная закономерность обнаруживается с ростом степени деформируемости исходных образцов (рис. 3 в, г)
После исследования целевых изделия было установлено, что с ростом степени деформации исходных образцов и уменьшения их пористости доля пьезофазы в композитах, изготовленных по предлагаемой технологии,  увеличивается с 52 – 54  об. % до 65 — 67 об.%. Результаты исследования значений ЭФП изготовленных образцов пьезокомпозитов  представлены в таблицах 1.

Таблица 1. Электрофизические свойства пьезокомпозитов мо смешанным типом связности.

Обсуждение результатов и выводы.
Анализ полученных данных показывает, что в процессе одноосного разрушения пористых керамических каркасов на первом этапе происходит образование крупных (до 100 мкм) осколков пористой керамики, которые частично сохраняются в конечном изделии. Косвенно это подтверждается тем, что  изменения таких параметров как диэлектрическая проницаемость, а также величины пьезомодулей и пьезочувствительности не могут быть описаны в рамках модели пьезокомпозитов типа      0 – 3.  В связи с этим можно предположить, что полученные материалы имеют смешанный тип связности фаз, который изменяется от типичного 0 – 3 — для пьезокомпозитов, изготовленных их порошка пьезофазы с диаметром порядка 10 мкм (рис. 3 г),  до 0 – 1 – 3, основой которых являются осколки высокопористой керамики с линейными параметрами отдельных частиц порядка 100 мкм (рис.3 б).
Вторым фактором, способствующим росту пьезопараметров и снижению диэлектрической проницаемости материалов является аппретирование порошков пьезофаз и использования при изготовлении пьезокомпозитов  компаунда, отверждение которого способствует удалению поверхностной влаги с частиц наполнителя. Это позволило снизить потери при поляризации пьезоматериалов за счёт устранения в нём протяжённых проводящих областей. Повышению эффективности поляризации также способствовало сближение проводимости пьезоматериала и связующего при  температуре поляризации пьезокомпозита. Использование описанных приёмов позволило изготовить гибкие пьезокомпозиты превосходящие известные аналоги минимум в три раза [3 –18].

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы».

1.Kirkpatrick S. Percolation and conduction // Rev. Mod.Phys. 1973.‐ 45, № 4. P. 574‐582.
2.Тарасевич Юрий Юрьевич. Перколяция: теория, приложения, алгоритмы. М. Едиториал УРСС. 2002.  112 с,
3. Harrison W.R., Liu S.T. Pyroelectric properties of flexible PZT composites // Ferroelectrics. 1980. Vol. 27. P. 125- 128.
4. Banno H., Saito S. Piezoelectric and dielectric properties of composites of synthetic rubber and PbTiО3 or PZT. Japanese Journal of Applied Physics. 1983. Vol. 22.   P. 67- 69.
5. Newnham R.E., Safari A., Giniewicz J., Fox B.H. Composite piezoelectric sensors//Ferroelectrics. 1984. Vol.60. P. 15- 21.
6. Safari A, Lee Y. H., Halliyal A., Newnham R. E. 0-3 Piezoelectric composites prepared by coprecipitated PbTiО3 Powder // American Ceramic Society Bulletin. 1987. Vol. 66. P. 668- 670.
7. Banno H., Ogura K., Sobue H, Ohya K. Piezoelectric and acoustic properties of piezoelectric flexible composites // Japanese Journal of Applied Physics. 1987. Vol. 26. P. 153- 155.
8. Banno H., Ogura K., Sobue H, Ohya K. Piezoelectric and acoustic properties of piezoelectric flexible composites // Japanese Journal of Applied Physics. Supplement 26- 1.- 1987.- Vol. 26. P.- 153- 155.
9. Lee H-G, Kim H-G. Influence of microstructure on the dielectric and piezoelectric properties of lead zirconate titanate-polymer composites // Journal of the American Ceramic Society. 1989. Vol. 72. № 6. P. 938- 942.
10. Monroe D.L., Blum J.B., Safari A. Sol-Gel derived  PbTiО3 – polymer piezoelectric  composites // Ferroelectrics Lett. 1985. Vol.  5.        P. 39- 46.
11. Ferroelectric Polymers and Ceramic-Polymer Composites / Edited by D. K. Das Gupta. Trans Tech Publications.- Switzerland-Germany-UK-USA, 1994. Vol. 92- 93, 225 p.
12. Нестеров А.А., Рыбальченко И.В. Объёмночувствительные пьезоматериалы на основе фаз со структурой типа тетрагональной калий — вольфрамовой бронзы. Из. РАН «Неорганические материалы». 1998. Т. 34. № 4. С. 474 – 477.
13. Sakamoto W.K., Kagesawa S., Kanda D.H., Das-Gupta D.K. Electrical properties of a composite of polyurethane and ferroelectric ceramics // Journal of Materials Science. 1998. Vol. 33. P. 3325- 3330.
14. Nhuapeng W, Tunkasiri T. Properties of 0-3 Lead Zirconate Titanate polymer composites prepared in a centrifuge // Journal of the American Ceramic Society.- 2002.- Vol. 85. № 3.- P. 700- 702.
15. Hyeung-Gyu Lee and Ho-Gi Kim. Ceramic particle size dependence of dielectric and piezoelectric properties of piezoelectric ceramic-polymer composites //Journal of Applied Physics (USA). 1990. Vol. 67. № 4. P. 2024- 2028.
16. Dias C.J., Das-Gupta D.K. Piezo and pyroelectricity in ferroelectric ceramic-polymer composites // Key Engineering Materials. 1994. Vol. 92 93.P. 217- 225.
17. Aleshin V.I., Tsikhotsky E.S., and Yatsenko V.K. Prediction of the properties of two-phase composites with a piezoactive component // Technical Physics. -2004.- Vol 49. № 1. P. 61- 66.
18. Nan C-W., Weng G. J. Influence of polarization orientation on the effective properties of piezoelectric composites // Journal of Applied Physics. 2000.-Vol. 88. № 1.  P. 416- 423.

Библиографический список

[1].Б.В. Селюк //Кристаллография, т. 19, №2, с. 221–227 (1974).

[2].Г.В. Ефашкин, // Электротехника, №7, c. 52–54 (1985).

[3].Л.С. Коханчик, Б.К. Пономарев,// Изв. РАН. Сер. физ.,т. 69, № 4,с. 454–458 (2005).

[4].Л.С. Коханчик, Б.К. Пономарев,// Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, № 12, с. 64–69 (2006).

[5].Л. С. Коханчик, Б.К. Пономарев, // Заводская лаборатория, т. 71, № 6, с. 24–29 (2005).

[6].A.A. Согр, В.З. Бородин. // Изв. АН СССР. Сер. физ., т. 48, с. 1086–1089 (1984).

[7].А.В. Никольский, А.Т. Козаков, // ФТТ, т.39, № 8, с. 1446–1451 (1997).

[8].Л.С. Коханчик, Д.В. Иржак, //ФТТ, т. 52, №. 8, с. 1602–1609 (2010).

[9].Я.Е. Гегузин, Физика спекания, М.: Наука, 1984.

[10].Л.А. Резниченко, О.Н. Разумовская, Л.А. Шилкина, Сб-к материалов 7-го международного семинара по физике сегнетоэлектриков-полупроводников, Ростов-на-Дону, С. 149 (1996).

[11].Л.А. Резниченко, О.Н. Разумовская, А.Н. Клевцов, Сб-к трудов международной научно-практической конференции «ПЬЕЗОТЕХНИКА-99», Ростов-на-Дону, С. 268 (1996).

[12].Л.А. Резниченко, Фазовыесостоянияисвойствапространственно-неоднородныхсегнетоактивных сред с различной термодинамической предысторией, Дисс…. д.ф.-м.н. Ростов-на-Дону, РГУ, 2002, 461 с.

[13].Б. Яффе, У. Кук, Г. Яффе, Пьезоэлектрическая керамика, Пер. с англ. М.: Мир, 1974.

[14].А.Р. Шульман, С.А. Фридрихов, Вторично-эмисиионные методы исследования твердого тела, М.:Наука, 1977.

[15].G.Rosenman, D. Shur, Ya.E. Krasik, A. Dunaevsky, // J. Appl. Phys., v. 88, № 11, p. 6109–6161 (2000).

[16].A.T. Kozakov, V.P. Sakhnenko, I.V. Novikov, // J. Electron Spectrosc. Rel. Phenom., v.142, p. 59 – 66 (2005).

[17].A.T. Kozakov, V.P. Sakhnenko, I.V. Novikov, // J. Electron Spectrosc. Rel. Phenom., v. 142, p. 67–74 (2005)

[18].А.Т. Козаков, Физические основы электронной спектроскопии заряженных поверхностей твердых тел, Ростов н/Д: Изд – во ЮФУ, 2009.

А.В. Петраков — Основы практической защиты информации — PDF, страница 21

Оказывается, чтов этом случае плотность поляризованного заряда грани прямо пропорциональна давлению и не зависит от размеров параллелепипеда. Еслисжатие заменить растяжением параллелепипеда, то заряды на его гранях изменяют знаки на обратные.У пьезокристаллов наблюдается и обратное явление. Если пластину, вырезанную из пьезокристалла, поместить в электрическое поле, зарядив металлические обкладки, то она поляризуется и деформируется,например сжимается, При перемене направления внешнего электрического поля сжатие пластинки сменяется, ее растяжением (расширением).Такое явление называется обратным пьезоэлектрическим эффектом.Чтобы воспринять изменение заряда или напряжения, к пьезоэлектрическому материалу подсоединяют две металлические пластины, которые фактически образуют пластины конденсатора, емкость которого определяется соотношением С = Q/U, где Q — заряд; U — напряжение..На практике в качестве пьезоэлектрического материала применяются кристаллы кварца, рочелиевая соль, синтетические кристаллы(сульфат лития) и поляризованная керамика (титанат бария).Кварцевые пластины широко используются в пьезоэлектрических микрофонах,охранных датчиках, стабилизаторах генератоΡров незатухающих колебаний.

На рис. 2.11показано устройствопьезоэлектрическогомикрофона. Когда звуковое давление ρ отШ//////////Ш.клоняет диафрагму .1, ее движение вызыва-.ет деформацию пьезоэлектрической пластиныРис. 2.11. Устройст2, которая, в свою очередь, вырабатываетпьезоэлектрическогоэлектрический сигнал на выходных контактахфмикрофона[13].952.2.4. Оптические преобразователиК оптическим преобразователям относятся приборы, преобразующие световую энергию в электрическую и обратно.

Простейшим прибором этого типа является светодиод — прибор, излучающий свет припропускании через р-п переход тока в прямом направлении. Обратныйсветодиоду прибор именуется фотодиодом. Фотодиод — это приемникоптического излучения, преобразующий его в электрические сигналы.Кроме того, фотодиод, преобразующий свет в электрическую энергию,выступает и как источник электрической энергии —солнечный элемент.Более сложными оптическими преобразователями являютсяэлектронно-оптические преобразователи (ЭОП) и передающие телевизионные трубки различного исполнения (ПЗС, видиконы и пр. ).В плане технических каналов’утечки информации в оптических системах опасным является акустооптйческий эффект.

Акустооптическийэффект — это явление преломления, отражения или рассеяния света,вызванный упругими деформациями стеклянных отражающих поверхностей или волоконно-оптических кабелей под воздействием звуковыхколебаний.Основным элементом оптического кабеля волоконно-оптических систем является волоконный световод в виде тонкого стеклянного волокнацилиндрической формы. Волоконный световод имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с различными оптическими характеристиками (показателями преломления п\ и η-ΐ).

Сердцевина служит для передачи электромагнитной энергии. Назначение оболочки — создание лучших условий отражения на границе сердцевинаоболочка и защита от излучения в окружающее пространство.Передача волны по световоду осуществляется за счет отражений ее ,от границы сердечника и оболочки, имеющих разные показатели преломления {п\ и η-ΐ). В отличие от обычных электрических проводов, всветоводах нет’двух проводников, и передача происходит волноводнымметодом в одном волноводе, за счет многократного отражения волныот границы раздела сред. Наибольшее распространение получили волоконные световоды двух типов: ступенчатые и градиентные.В современных волоконно-оптических системах в процессе передачи информации используется модуляция источника света по амплитуде,интенсивности и поляризации.Внешнее акустическое воздействие на волоконно-оптический кабельприводит к изменению его геометрических размеров (толщины), что вызывает изменение пути движения света, т.е.

к изменению интенсивности,причем пропорционально значению этого давления.Волоконные световоды как преобразователи механического давления в изменение интенсивности света являются источником утечки акустической информации за счет акустооптического (или акустоэлектрического) преобразования — микрофонного эффекта в волоконно-оптических системах передачи информации (используется также в охранных системах).96.■■■При слабом закреплении волокон в разъемном соединителе световодов проявляется акустический эффект модуляции света акустическимиполями. Акустические волны вызывают смещение соединяемых концов световода относительно друг друга.

Таким образом осуществляетсяамплитудная модуляция излучения, проходящего по волокну. Это свойство находит практическое применение в гидрофонах с колеблющимисяволоконными световодами.Глубина модуляции зависит от двух параметров, один из которыхопределяется конструкцией и свойствами волокна, а другой зависит отдавления.Чувствительность световода к давлению определяется значениемсоотношения Ч = Аф/ф Ар, где Аф — сдвиг фазы, вызываемый изменением давления Δρ.2.3. Излучатели электромагнитных колебанийКаждое электрическое (электронное) устройство является источником магнитных и электромагнитных полей широкого частотного спектра, характер которых определяется назначением и схемными решениями, мощностью устройства, материалами, из которых оно изготовлено, и его конструкцией.Известно, что характер поля изменяется в зависимости от расстояния до передающего устройства.

Оно делится на две зоны: ближнюю идальнюю. Для ближней зоны расстояние г значительно меньше длиныволны электромагнитного сигнала (г <С А) и поле имеет ярко выраженный магнитный (или электрический) характер, а в дальней (г 3> А)поле носит явный электромагнитный характер и распространяется в виде плоской волны, энергия которой делится поровну между электрической и магнитной компонентами. Коль скоро длина волны определяет расстояние, и, тем более назначение, устройство, принцип работы и другие характеристики, правомерно классифицировать излучатели электромагнитных сигналов нанизкочастотные, высокочастотные и оптические.Низкочастотные излучатели.

Низкочастотными излучателямиэлектромагнитных колебаний в основном являются звукоусилительныеустройства различного функционального назначения и конструктивногоисполнения. В ближней зоне таких устройств наиболее мощным выступает магнитное поле опасного сигнала. Такое поле усилительныхсистем достаточно просто обнаруживается и принимается посредствоммагнитной антенны и селективного усилителя звуковых частот.Вы с о ко ч а с то тн ы е изл уч ател и . К г руп п е в ы сокоч астотн ы х(ВЧ) излучателей относятся ВЧ автогенераторы, модуляторы ВЧ колебаний и устройства, генерирующие паразитные ВЧ колебания по различным причинам и условиям.Источниками опасного сигнала выступают ВЧ генераторы радиоприемников, телевизоров, измерительных генераторов, мониторы ЭВМ[11-13]. 97Модуляторы ВЧ колебании как и элементы, обладающие нелинейными характеристиками (диоды, транзисторы, микросхемы), порождаютнежелательные составляющие высокочастотного характера.Довольно опасным источником высокочастотных колебаний могутбыть усилители и другие активные элементы технических средств врежиме паразитной генерации за счет нежелательной положительнойобратной связи.Источниками излучения высокочастотных колебаний в различнойрадиотехнической аппаратуре являются встроенные в них генераторы,частота которых по тем или иным причинам может быть промодулирована речевым сигналом.

Встроенные генераторы (гетеродины) обязательно имеются в радиоприемниках, телевизорах, магнитофонах, трехпрограммных громкоговорителях и ряде электроизмерительных приборов. К ним примыкают различные усилительные системы — усилителинизкой частоты, системы звукоусиления, способные по тем или инымпричинам войти в режим самовозбуждения (т.е. по существу стать неконтролируемым гетеродином).В качестве примера модуляции речью частоты автогенераторов можно рассмотреть микрофонный эффект гетеродинов радиоприемников бытового назначения.

Основным элементом гетеродина радиоприемника является колебательный контур с конденсатором переменной емкости.Период собственных колебаний гетеродина определяется условиемравенства реактивных сопротивлений катушки индуктивности и конденсатора χι, = хс. Частоту UJQ, при которой выполняется это равенство,называют собственной частотой колебательного контура. Ее значениеопределяется из выражения и>о = Ι/Λ /LC.

П ОД воздействием акустического давления будет меняться расстояние между пластинами переменного воздушного конденсатора гетеродина. Изменение расстоянияприведет к изменению емкости, последнее — к изменению частоты гетеродина по закону акустического давления (произойдет частотная модуляция частоты гетеродина акустическим сигналом).Кроме конденсаторов, акустическому воздействию подвержены катушки индуктивности с поперечными сердечниками, монтажные провода значительной длины, в результате чего они также создают микрофонный эффект.Практика показала, что акустическая реакция гетеродина возможнана расстоянии до нескольких метров, особенно в помещениях с хорошейакустикой.

В зависимости от типа приемника прием такого сигнала возможен на значительном расстоянии, иногда достигающем 1…2 км.Источником излучения высокочастотных колебаний в аппаратурезвукозаписи является генератор стирания-подмагничивания (ГСП), частота F которого может быть промодулирована речевым сигналом засчет нелинейных элементов в усилителе записи, а также из-за наличия общих цепей электропитания.98_„__________ II______F<Рис. 2.13. Модулированиенизкочастотным сигналомСтруктурная схема магнитофона и пути прохождения сигнала ГСП частотой 50… 120 кГц вэлементы усилителя воспроизведения УВ и усилителя записи УЗпредставлены на рис.

Солнцезащитные очки Alpina. Бестселлеры и новинки лета 2019

Человеческое зрение — крайне сложный психофизиологической и оптико-механический процесс обработки изображения видимых объектов окружающего мира. Ученые говорят, что через глаза мы получаем основную часть доступной нам информации – до 80%. Для коррекции качества получаемого изображения и защиты от вредных факторов – прежде всего слепящего солнца, человечество изобрело такую замечательную вещь, как специальные, солнцезащитные очки. Качественные очки показывают нам 100% картинку, защищают глаза от вредоносных факторов, подчеркивают ту ключевую информацию, которую важно увидеть в определенных условиях.

Оправы современных спортивных очков изготавливают из материалов, которые прочны, гипоалергенны и легки. В целях повышения комфортности и более надежной фиксации на переносице, дужки и их наконечники делают со вставками из каучука и силикона, а концы дужек имеют отверстия для зашейного шнурка или резинки.

Одни из лидеров на мировом рынке спортивных очков для активных видов спорта – немецкая компания Alpina. У компании достаточно широкий ассортимент солнцезащитных очков – от самых простых, детских – до моделей с большим количеством технологий.

ALPINA

Компанию Alpina основали Хаген Штокклаузнер и Вернер Грау в небольшом, немецком городке Фридберг-Дершинг, недалеко от Аугсбурга. История известности Alpina берет свое начало со спортивной выставки ISPO, которая прошла в Мюнхене, в 1980 году.

Инновационная коллекция, представленная в том году на ISPO, была небольшой, но вера в успех, а также энтузиазм создателей превосходили величину коллекции. В течение следующего года Alpina успешно выпустила на рынок горнолыжные очки-маску TURBO с их революционной сверхширокой формой для панорамного угла зрения. В сезоне 1982 — 83 г.г. на рынке были представлены первые модели солнцезащитных очков M1, которые сразу же, благодаря своей необычной форме, достигли культового статуса в Европе, а позже и на американском рынке.

Использование передовых технологий и форм позволило компании заявить о себе, как о производителе, который делает не только красивую, но и функциональную оптику. Никто, конечно же, тогда не предполагал, что со временем Alpina превратится на рынке солнцезащитных очков в новатора с мировым именем. Однако, шаг за шагом, год за годом, упорный труд, внедрение новых технологий, разработка ярких дизайнерских решений сделали из Alpina лидера с непререкаемым авторитетом.

Спортивные очки ALPINA защищают глаза от ультрафиолетовых лучей и всех видов вредного излучения. Дизайн многофункциональных очков, их эргономика великолепно продуманы и протестированы, как «в поле» профессиональными спортсменами, так и во время специальных испытаний в лабораториях. Модели Alpina выполняют не только имиджевую роль или защищают от ультрафиолета, они также имеют специальную форму, которая позволяет регулировать и направлять струи воздуха. Это бережет глаза спортсменов и сохраняет линзы от запотевания.

Оправа таких очков сделана из специальных материалов и обладает технологиями для лучшего прилегания к любой формы головы. Большинство моделей солнцезащитных очков (компания продает в год более 120 000 экземпляров), которые производит Alpina, могут использоваться в очень широком наборе погодных условий и условий освещения. Alpina экспортирует свою продукцию в 35 стран мира.

ТЕХНОЛОГИИ ALPINA

В плане технологий Alpina, несомненно, является одним из законодателем мод на рынке солнцезащитных очков для активного отдыха. Одно из основных достижений – использование прочного поликарбоната различных сортов для оправы и внедрение технологии Сeramic, разработанной в 1992 году, которая делает линзы очень прочными и стойкими к механическим повреждениям.

OPTIMIZED AIRFLOW

Изогнутые по форме человеческого лица линзы, которые идеально прилегают к лицу. Линзы такой формы защищают глаза от потоков воздуха и улучшают боковой обзор. Перенаправленный воздушный поток внутрь линз предотвращает их запотевание.

ADJUSTABLE INCLINATION – регулируемый угол наклона оправы благодаря шарнирному механизму крепления. Как следствие, лучше вентиляция, меньше запотевание, меньше давление на переносицу.

ADJUSTABLE TEMPLES – регулируемые дужки. Концы дужек можно отрегулировать по длине, чтобы улучшить посадку очков.

COLDFLEX

Окончания дужек очков и носоупоры, сделаны из не затвердевающего и не ломающегося на холоде поликарбоната.

2 COMPONENT DESIGN

Двухкомпонентный дизайн. Комбинация прочных и твёрдых поликарбонатов, из которых изготовлены очки и мягких, резиновых вставок в зонах соприкосновения частей очков между собой и головы человека: переносица, лоб, виски, уши. Такое сочетание повышает долговечность конструкции очков и комфорт при их использовании.

TWIST FIT NOSE и ADAPTABLE NOSEPADS

Регулируемые «подушечки» на переносице – носоупоры, которые могут адаптироваться под любую форму носа, что обеспечивает дополнительный комфорт.

HYDROPHOBIC

Влаго – и грязеотталкивающая нано-структура на линзе, которая позволяет воде скатываться с поверхности, а не задерживаться. Таким образом, линза не только постоянно сухая, но и чистая.

POLARIZED

Очки с этой технологией имеют поляризационные линзы. Такие линзы фильтруют весь, поступающий в глаза человеку свет и пропускают через себя только прямые лучи солнца, которые идут непосредственно от источника. В результате «паразитные» отражения и блики блокируются и не достигают глаз. Это делает очки отлично подходящими для активных видов спорта на воде и на снегу.

MULTILENS

Oчки MULTILENS (TRI модели) идут в комплекте с тремя сменными линзами: прозрачная для плохой погоды, оранжевые для рассеянного света и темная для яркого солнца. С опцией MULTILENS обладатель очков будет всегда готов к любым погодным условиям. Все TRI модели идут в комплекте с чехлом для линз.

CHANGABLE LENS SYSTEM

Система сменных линз. Позволяет подобрать идеальные линзы для любой ситуации: для яркой и солнечной погоды используются тёмные линзы, для облачной или с недостатком освещения – линзы оранжевого оттенка, для использования ночью – прозрачные линзы. Также, как и любые другие линзы Alpina, сменные линзы обеспечивают полную защиту от ультрафиолетового излучения, ветра, пыли и встречных насекомых. Все сменные линзы можно хранить и носить с собой вместе с очками в специальном кейсе, который продается вместе с очками.

TWIST FIX

VARIOFLEX

Технология, которая позволяет менять оттенок линзы в зависимости от погодных условий. Во время производства линзы в пластик добавляется особый полимер, благодаря которому, линза реагирует на ультрафиолетовое излучение как кожа человека. При взаимодействии полимера и ультрафиолетового излучения вырабатывается особый пигмент, который обладает затемняющим эффектом. В свою очередь, когда ультрафиолетовое излучение уменьшается, линза становится светлее и прозрачнее. Это происходит в течение нескольких секунд и позволяет очкам адаптироваться к меняющемуся освещению.

QUATROFLEX

Технология от Alpina позволяет блокировать поляризованный свет. Вследствие чего, только свет от непосредственных источников проходит через линзу, а любые отражения, будь то вода или снег блокируются. Quatroflex увеличивает контраст и способствует лучшему зрительному восприятию неровных поверхностей в плохую погоду.

FOGSTOP

Специальное, антизапотевательное покрытие на внутренней стороне линзы. Благодаря покрытию, которое представляет из себя микрорельеф, образование водной пленки на поверхности очков невозможно.

MIRROR

Линзы с внешним зеркальным напылением. Отлично защищают глаза от ярких солнечных лучей, особенно в высокогорье.

CERAMIC

Вместе с поликарбонатом в линзах используется специальная керамическая присадка, которая делает линзы очков невероятно прочными.

FLEXIBLE FRAME

Невероятно гибкий и в то же время – прочный поликарбонат, который используется для оправ очков. Это делает их практически неразрушимыми и долговечными.

ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ЛИНЗЫ

Линзы, позволяющие добиться практически «нулевого» искажения «картинки», благодаря своей форме.

Модели очков Alpina

Alpina Lyron Shield P

Солнцезащитные очки с широкими, панорамными цилиндрическими линзами, что обеспечивает максимальное поле обзора для глаз и наилучшую защиту от боковых солнечных лучей солнца и набегающего ветра. Во всех моделях используются линзы с поляризационным эффектом, который блокирует отраженные от различных поверхностей световые лучи и увеличивают контраст.

Лучше всего подходят для видов спорта: горный и шоссейный велосипед, бег по шоссе, активность около моря и водные виды спорта.

Используемые технологии:

• двухкомпонентный дизайн;
• регулируемый носоупор;
• защита от UV-излучения – 100%;
• поляризация;
• MIRROR – зеркальное покрытие;
• ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ЛИНЗЫ, не искажающие «картинку»;
• изогнутые по форме человеческого лица линзы, которые идеально прилегают к лицу;

Alpina Lyron

Красивые солнцезащитные очки с зеркальными линзами Ceramic, 100% защищающими от инфракрасного излучения, устойчивы к внешним воздействиям, совместимы с диоптрическими линзами (от – 4.0 до + 4.0). Очень удобные дужки с резиновыми вставками и носоупор из того же материала – даже при очень интенсивном движении очки плотно сидят на лице владельца.

Лучше всего подходят для видов спорта: горный и шоссейный велосипед, бег по шоссе, активность около моря и водные виды спорта.

Используемые технологии:

• двухкомпонентный дизайн;
• регулируемый носоупор;
• совместимость с диоптрийными линзами;
• защита от UV-излучения – 100%;
• MIRROR – зеркальное покрытие;
• линзы Ceramic или Varioflex;
• OPTIMIZED AIRFLOW — изогнутые по форме человеческого лица линзы, которые идеально прилегают к лицу и защищают глаза от набегающего ветра;

Есть версии с поляризованными линзами.

Alpina Lyron HR

Lyron HR — высококачественные, с открытой рамой, легкие, но прочные по конструкции солнцезащитные очки с зеркальными линзами Ceramic, поглощающими 100% инфракрасное излучение, устойчивые к внешним, механическим воздействиям.

Лучше всего подходят для видов спорта: горный и шоссейный велосипед, бег по шоссе, активность около моря и водные виды спорта.

Используемые технологии:

• двухкомпонентный дизайн;
• регулируемый носоупор;
• защита от UV-излучения – 100%;
• MIRROR – зеркальное покрытие;
• линзы Ceramic или Varioflex;
• линзы, специальной формы, практически не искажающие «картинку»;
• OPTIMIZED AIRFLOW — изогнутые по форме человеческого лица линзы, которые идеально прилегают к лицу и защищают глаза от набегающего ветра;

Alpina EYE-5 SHIELD

Высококачественные солнцезащитные очки, с открытой, легкой рамой и большими панорамными, зеркальными, сферическими линзами Ceramic, которые обеспечивают широкий угол обзора, без оптических искажений и поглощают 100% инфракрасное излучение. Крепкая, несмотря на свое изящество, конструкция устойчивая к внешним, механическим воздействиям. Специальное внутреннее покрытие защищает от запотевания. Модель отлично подходит для занятий и летними и зимними видами спорта, благодаря тому, что сделана из поликарбоната, который не твердеет и не ломается на морозе.

Лучше всего подходят для видов спорта: горный и шоссейный велосипед, бег по шоссе, беговые лыжи.

Используемые технологии:

• двухкомпонентный дизайн;
• регулируемый носоупор;
• защита от UV-излучения – 100%;
• Varioflex;
• Fogstop – антизапотевательное покрытие;
• COLDFLEX — окончания дужек очков и носоупоры, сделанные из не затвердевающего и не ломающегося на холоде поликарбоната;
• линзы Ceramic или Varioflex;
• линзы, специальной формы, практически не искажающие «картинку»;
• OPTIMIZED AIRFLOW — изогнутые по форме человеческого лица линзы, которые идеально прилегают к лицу и защищают глаза от набегающего ветра;

Alpina TRI-SCRAY

Отмеченные многочисленными наградами самых авторитетных профильных outdoor-изданий, спортивные солнцезащитные очки с комплектом сменных линз для разных световых условий. Технология Twist-Fix позволяет легко менять линзы и дает возможность использовать очки практически в любую погоду и в любое время суток.

Лучше всего подходят для видов спорта: горный и шоссейный велосипед, бег по шоссе, беговые лыжи.

Используемые технологии:

• в комплекте с очками – специальный бокс для хранения линз
• CHANGABLE LENS SYSTEM — система сменных линз. Позволяет подобрать идеальные линзы для любых условий освещения;
• защита от UV-излучения – 100%;
• MIRROR – зеркальное покрытие;
• прочные линзы Ceramic;
• линзы, специальной формы, практически не искажающие «картинку»;
• OPTIMIZED AIRFLOW — изогнутые по форме человеческого лица линзы, которые идеально прилегают к лицу и защищают глаза от набегающего ветра;

Alpina TRI-EFFECT 2.0

Одна из наиболее легких моделей спортивных очков в линейке Alpina. Минималистичный дизайн обеспечивает очень низкий вес. В комплекте имеются сменные линзы различной степени затемнения, что позволяет получать оптимальную видимость в широком диапазоне погодных условий, в темное время суток и пасмурную погоду. Прорезиненные концы дужек и носоупор гарантируют плотную посадку очков на голове.

Лучше всего подходят для видов спорта: горный и шоссейный велосипед, бег по шоссе, беговые лыжи.

Используемые технологии:

• в комплекте с очками – специальный бокс для хранения линз
• двухкомпонетный дизайн;
• CHANGABLE LENS SYSTEM — система сменных линз. Позволяет подобрать идеальные линзы для любых условий освещения;
• защита от UV-излучения – 100%;
• MIRROR – зеркальное покрытие;
• прочные линзы Ceramic;
• линзы, специальной формы, практически не искажающие «картинку»;
• OPTIMIZED AIRFLOW — изогнутые по форме человеческого лица линзы, которые идеально прилегают к лицу и защищают глаза от набегающего ветра;

Alpina TESTIDO

Модель очков с полной рамой и большим количеством цветовых вариаций, подходит как для повседневного использования, так и для занятий активным спортом. Оправа очков сделана из двух материалов – прочного поликарбоната и мягкой резины, из которой изготовлены концы дужек и носовые накладки. Линзы изготовлены с применением керамического материала и обеспечивают 100% защиту от ультрафиолета. Очки совместимы с диоптрическими линзами.

Лучше всего подходят для видов спорта: горный и шоссейный велосипед, бег по шоссе.

Используемые технологии:

• в комплекте с очками – специальный бокс;
• двухкомпонетный дизайн;
• совместимы с диоптрическими линзами (от – 4.0 до + 4.0).
• защита от UV-излучения – 100%;
• MIRROR – зеркальное покрытие;
• прочные линзы Ceramic;
• OPTIMIZED AIRFLOW — изогнутые по форме человеческого лица линзы, которые идеально прилегают к лицу и защищают глаза от набегающего ветра;

Есть версии с поляризованными линзами.

Alpina KEEKOR

Очки с полной рамой и большим количеством цветовых вариаций, подходит как для повседневного использования, так и для занятий активным спортом. Прорезиненные концы дужек позволяют иметь плотную посадку по голове. Надежная защита глаз от инфракрасного излучения.

Лучше всего подходят для видов спорта: активность около моря и водные виды спорта.

Используемые технологии:

• в комплекте с очками – специальный бокс;
• двухкомпонетный дизайн;
• совместимы с диоптрическими линзами (от – 4.0 до + 4.0).
• защита от UV-излучения – 100%;
• MIRROR – зеркальное покрытие;
• прочные линзы Ceramic;
• линзы, специальной формы, практически не искажающие «картинку»;
• OPTIMIZED AIRFLOW — изогнутые по форме человеческого лица линзы, которые идеально прилегают к лицу и защищают глаза от набегающего ветра;

Есть версии с поляризованными линзами.

Alpina JALIX

Очки с очень тонкой, минималистичной, но прочной рамой, которая обеспечивает очень хороший обзор и минимальный вес модели. Резиновые вставки на конце дужек гарантируют удобную, плотную посадку.

Лучше всего подходят для видов спорта: горный и шоссейный велосипед, бег по шоссе.

Используемые технологии:

• в комплекте с очками – специальный бокс;
• двухкомпонетный дизайн;
• ADAPTABLE NOSEPADS — регулируемые «подушечки» на переносице – носоупоры, позволяют обеспечить дополнительный комфорт;
• совместимы с диоптрическими линзами (от – 4.0 до + 4.0).
• защита от UV-излучения – 100%;
• MIRROR – зеркальное покрытие;
• прочные линзы Ceramic;
• линзы, специальной формы, практически не искажающие «картинку»;
• OPTIMIZED AIRFLOW — изогнутые по форме человеческого лица линзы, которые идеально прилегают к лицу и защищают глаза от набегающего ветра;

Alpina DYFER

Простые по конструкции очки, хорошо защищающие глаза. Обрезиненные нижние части дужек и носовая перегородка позволяют очкам хорошо держаться на голове. Особенно хорошо подходят тем, у кого узкое лицо.

Лучше всего подходят для видов спорта: горный и шоссейный велосипед, бег по шоссе.

Используемые технологии:

• в комплекте с очками – специальный бокс;
• двухкомпонетный дизайн;
• совместимы с диоптрическими линзами (от – 4.0 до + 4.0).
• защита от UV-излучения – 100%;
• MIRROR – зеркальное покрытие;
• прочные линзы Ceramic;
• линзы, специальной формы, практически не искажающие «картинку»;
• OPTIMIZED AIRFLOW — изогнутые по форме человеческого лица линзы, которые идеально прилегают к лицу и защищают глаза от набегающего ветра;

Alpina SIBIRIA

Специальные очки для альпинизма, ски-тура, горного туризма с высоким фактором защиты от ультрафиолета и деталями, которые помогут защитить ваши глаза от ветра, мороза и солнца на большой высоте, в зоне снегов.

Очки сделаны в классическом, альпинистском форм-факторе – с кожаными шорами по бокам, кожаной, съемной накладкой на переносице, которые защищают глаза от холода, ветра и боковых лучей солнца и не замерзают при низких температурах. Линзы изготовлены из ударопрочного пластика с керамическими присадками и уровнем затемнения 4, что идеально подходит для использования в районе высокогорья — на снегу и ледниках. На концах дужек Sibiria находятся резиновые насадки, которые хорошо фиксируют очки на лице. В комплекте с очками идет мягкий чехол и ремень.

Примечание: в этих очках, из-за высокого уровня затемнения не рекомендуется управлять автомобилем.

Лучше всего подходят для видов спорта: альпинизм, горный туризм, ски-тур.

Используемые технологии:

• в комплекте с очками – специальный, мягкий бокс;
• ремень;
• двухкомпонетный дизайн;
• съемные боковые кожаные шоры и кожаная накладка на переносице;
• защита от UV-излучения – 100%;
• прочные линзы Ceramic;
• линзы, специальной формы, практически не искажающие «картинку»;

Кроме моделей очков, которые непосредственно имеют отношение к спорту, компания Alpina также выпускает широкий ассортимент «городских» моделей, которые используют большое количество технологий из «спортивного» сегмента: керамические присадки в линзы, поляризация, двухкомпонетный дизайн и т. д, но эти модели имеют более «гражданский» дизайн, что позволяет их использовать больше для создания модного образа, чем для занятий спортом.

Отдельно хочется сказать про модели очков Alpina, которые предназначены для детей.

Большинство «детских» моделей сделаны с использованием тех же ключевых технологий, которые есть и во «взрослых» моделях: прочные линзы с присадками керамики, изогнутые по форме лица, двухкомпонентный дизайн и т.д. Но самое главное, на что особо мы советуем обратить внимание родителей – прочность и гибкость оправ моделей детских очков, что делает их неубиваемыми, даже в режиме жесткого, «детского» использования.

Солнцезащитные очки Alpina – плоть от плоти всего модельного ряда и общего подхода компании к изготовлению своей продукции: ассортимент выверен, технологии – просты, понятны и точно предназначены для того сегмента, для которого они предлагаются, материалы – долговечны и надежны. Кроме технологичности и современности деталей очков, стоит отметить то, что Alpina заботится о том, чтобы ее продукция выглядела модной – как в «спортивном» сегменте, так и в «городском». Мы не можем сказать, что эти очки станут вашей «one life love» — у каждого любителя outdoor свои предпочтения, но истина в том и это правда, что в Alpina живет тот дух немецкого производства, который позволяет делать качественные и удобные вещи как для профессионалов, так и для любителей.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С НАПОЛНИТЕЛЕМ ИЗ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)

Кастро Р.А.¹, Кононов А.А.²

¹Доктор физико-математических наук, профессор, РГПУ им. А.И. Герцена; ²Магистрант, РГПУ им. А.И. Герцена

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С НАПОЛНИТЕЛЕМ ИЗ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ

Аннотация

Приведены результаты исследования температурно-частотной зависимости диэлектрических параметров в полимерных композиционных материалах на основе полиэтилена и титаната бария. При введении сегнетоэлектрика в полимерную матрицу обнаружено увеличение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.

Ключевые слова: диэлектрические свойства, полимерная система, сегнетоэлектрическая керамика.

Castro R.A.¹, Kononov A.A.²

¹Doctor of Physics and Mathematics, Professor, Herzen State Pedagogical University; ² Postgraduates, Herzen State Pedagogical University

DIELECTRIC STUDY OF COMPOSITE MATERIALS FILLED WITH FERROELECTRIC CERAMICS

Abstract

The paper views the results of the study of temperature and frequency dependence of the dielectric parameters in polymer composites based on polyethylene and barium titanate. With the introduction of ferroelectric into the polymer matrix an increase in the dielectric constant and dielectric loss tangent was found.

Keywords: dielectric properties, polymer system, ferroelectric ceramic.

Введение. В последние годы, повышенное внимание уделяется разработке композиционных полимерных материалов (КПМ) с высокой диэлектрической проницаемостью. Такие материалы находят широкое применение в различных областях техники. В частности, полимерные системы, наполненные порошком сегнетоэлектрической керамики, используются в качестве дополнительных слоев, регулирующих распределение поля в высоковольтных изоляционных конструкциях [1]. КПМ на основе полиэтилена и титаната бария обладают высокими и стабильными электретными свойствами, что делает их перспективными для создания элементов водных фильтров.

Введение мелкодисперсного наполнителя неорганическое происхождения  существенно модифицирует структуру и свойства КПМ за счет межфазных взаимодействий и образования граничного нанослоя вблизи частиц наполнителя [1]. Это определяет особенности временного распределения локального поля в отдельных областях полимерной системы и частотной зависимости комплексной диэлектрической проницаемости КПМ. В связи с этим актуальным является вопрос получения информации о частотном спектре существующих параметров самой полимерной матрицы и основных закономерностях изменения параметров диэлектрической релаксации при введении частиц наполнителя неорганического происхождения в полимерную матрицу.

Целью данной работы являлось установление закономерностей изменения свойств КПМ на основе полиэтилена при введении активного наполнителя – сегнетоэлектрика методом диэлектрической спектроскопии. Диэлектрические спектры дают полную информацию не только о поведении комплексной диэлектрической проницаемости, но и о структуре КПМ, что незаменимо при целенаправленном регулировании состава компонентов и свойств композиционных диэлектриков [2-4].

Методика эксперимента. В качестве объекта исследования был выбран полиэтилен высокого давления (ПЭВД), а в качестве наполнителя использовался  порошкообразный титанат бария. Полимерные композиции получали смешением на лабораторных микровальцах с регулируемыми электрообогревом. Образцы изготавливали в виде пластин толщиной 0,1 – 1,2 мм прессованием на гидравлическом прессе в соответствии с ГОСТ 12019-66. Отпрессованные пленки подвергались предварительному прогреву в термошкафу. Охлаждение образцов проводилось в поле отрицательного коронного разряда.

Измерения проводились на спектрометре “Concept 81” компании NOVOCONTROL Technologies GmbH & Со. Образцы представляли собой тонкие слои толщиной 0.3-0.5 мм и диаметром 20.0 мм. Измерения диэлектрических параметров (составляющих комплексной диэлектрической проницаемости ε^’и tgδ) образцов полимерного композита, были выполнены в интервале температур от 273 до 403 К. Точность измерения температуры составляла 0,5 ⁰С. Измерительное напряжение, подаваемое на образец, составляло 1.0 В.

Результаты и их анализ. Поскольку исследуемые КПМ представляют собой двухфазную матричную систему, то в таких материалах должны наблюдаться практически все виды поляризации: электронная, дипольно-релаксационная, миграционная (обусловленная смещением свободных носителей заряда), ионная упругая и релаксационная, а так же доменная [1].

В таблице 1 приведены результаты исследования диэлектрических характеристик полимерной матрицы и КПМ с различной концентрацией наполнителей.

Таблица 1 – Характеристики полимерной матрицы с различной концентрацией наполнителя

Увеличение e’ с ростом содержания наполнителя BaTiO₃, для КПМ с > 4% сегнетоэлектрика (рис. 1) происходит из-за того, что при введении активного наполнителя, в системе появляются однородно поляризационные области – домены, дипольные моменты которых в отсутствие электрического поля имеют неупорядоченный характер. При наложении поля происходит преимущественная ориентация доменов, что приводит к росту поляризованности КПМ.

Обнаруженный рост тангенса угла диэлектрических потерь при введении BaTiO₃ (рис. 2) может быть связан с усилением взаимодействия между полярными группами полимерной матрицы и поляризованными частицами сегнетоэлектрической керамики. Это взаимодействие может привести и к росту энергии активации процессов поляризации (рис. 3).

Процентное содержание BaTiO₃ не влияет на положение температурного максимума. Таким образом, введение порошка неорганического сегнетоэлектрика BaTiO₃ уменьшает температуру размягчения ПЭВД.

Рис. 1 – Зависимость диэлектрической проницаемости (ε’) от содержания наполнителя BaTiO₃ в полимерном композите

Рис. 2 – Зависимость тангенса диэлектрических потерь (tgD) от температуры (T) в области средних частот (f=10³Гц)

Рис. 3 – Зависимость энергии активации релаксационного процесса (E_a) от содержания наполнителя BaTiO₃ в полимерном композите

Заключение. Таким образом, введение активного наполнителя в полимерную матрицу полиэтилена увеличивает величину диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь. Первое обусловлено появлением дипольно-подобных образований (доменов), второе взаимодействием между полярными группами полимерной матрицы и поляризованными частицами сегнетоэлектрической керамики.

Литература

1. Гефле О.С., Лебедев С.М., Ткаченко С.Н.. Поведение полимерных композиционных материалов с наполнителем из сегнетоэлектрической керамики в электрическом поле // Известия Томского политехнического университета. — 2008. – Т. 308, №4. — С 64-68.
2. Никонорова Н. А., Капралова В.М., Кастро Р.А., Журавлев Д.А.. Диэлектрическая релаксация привитых полиимидов с длинными политретбутилметакрилатными боковыми цепями // НТВ СПбГПУ. Физико-математические науки. – 2013. — № 3(177). — С. 182-188.
3. Bobritskaya E.I., Castro R.A., Gorokhovatsky Yu.A., Temnov D.E. Dielectric relaxation of chitosan films // Advanced Materials Research. — 2013. — Vol. 685. — P. 336-339.
4. Vendik, I.B.;   Vendik, O.G.;   Afanasjev, V.P.;   Sokolova, I.M.;   Chigirev, D.A.;   Castro, R.A.;   Jansen, K.M.B.;   Ernst, L.J.; Timmermans, P. Correlation between Electrical and Mechanical Properties of Polymer Composite //   Proceedings of the Electronic Components and Technology Conference (ECTC). – 2011. — IEEE 61^st.  Lake Buena Vista, Florida USA. May 31 – June 3. — 1697 – 1702.

Пьезоэлектрическая керамика — обзор

4.1 Введение

Пьезоэлектрическая керамика, такая как цирконат-титанат свинца (PZT) и титанат бария (BaTiO ₃ ), широко используются в качестве датчиков и исполнительных механизмов. В последнее время они также приобрели популярность для использования в устройствах для сбора энергии. Их присущие им высокие электромеханические свойства связи привлекательны для применения в исполнительных механизмах, где относительно небольшие входные электрические поля достаточны для приведения в действие сегнетоэлектрической керамики.Однако хрупкая природа керамики ограничивает их применение лишь небольшими деформациями. В электромеханических устройствах может потребоваться несколько характеристик, таких как легкий вес, высокие константы электромеханической связи, низкое тепловое расширение и проводимость, механическая гибкость и податливость и т. Д. Для этой цели были рассмотрены электроактивные композиты с несколькими различными составляющими. Newnham et al. (1978) обсудили ключевые особенности достижения желаемых свойств при разработке активных композитов, которые адаптированы к расположению составляющих (возможность соединения).Наиболее распространенными и практичными типами являются композиты с активными пьезокерамическими включениями частиц или длинных волокон, диспергированных в непрерывной мягкой матрице, например, полимеры. Эти композиты называются композитами 0–3 и 1–3 соответственно. Примеры пьезокомпозитов 0–3 и 1–3 обсуждаются в Tressler et al. (1999) и Бабу (2013).

Пьезоэлектрические композиты обычно изготавливаются путем встраивания неполяризованной пьезокерамики в пассивную мягкую матрицу, такую ​​как полимеры и металлы.Регулируя пространственную концентрацию и геометрию пьезоэлектрических включений, можно точно настроить свойства материала композитов в соответствии с требованиями конкретного устройства. Композиты, содержащие пьезоэлектрические частицы и полимерную матрицу, затем поляризуются, что может быть довольно сложной задачей, поскольку пассивная полимерная матрица имеет очень низкие диэлектрические постоянные и обычно керамические включения не образуют непрерывного соединения через композиты. Cui et al. (1996) обсуждали тот факт, что поляризацию композитов с пьезоэлектрическими частицами можно улучшить, имея композит с высокой перколяцией частиц и / или уменьшая отношения диэлектрических постоянных керамики и полимеров.Несколько экспериментальных исследований показали, что пьезоэлектрические композиты демонстрируют более желательные характеристики, чем монолитная пьезокерамика: Smith (1986), Safari (1994) и Bent and Hagood (1997). Бент и Хагуд (1997) показали, что пьезокомпозиты с однонаправленными волокнами из PZT имеют высокие константы электромеханической связи, хотя и соответствуют требованиям.

Общие электромеханические свойства и поведение пьезоэлектрических композитов сильно зависят от свойств и поведения составляющих, то есть включений и матрицы, микроструктурных морфологий композитов, таких как форма, размер и расположение включений, а также объем или весовое содержание составляющих.Отклик пьезокерамики также зависит от условий нагружения, которым подвергается пьезокерамика. Когда поляризованная пьезокерамика подвергается воздействию относительно небольшого электрического поля, наблюдается линейный отклик напряжения / деформации и электрического потока. Однако относительно большие входы электрического поля, даже ниже предела коэрцитивного электрического поля, приводят к нелинейным электромеханическим откликам; см., например, Crawley and Anderson (1990) и Park et al. (1998).В таких ситуациях линейное пьезоэлектричество, стандартизированное IEEE (1987), больше не применимо для описания электромеханического поведения пьезокерамики. Экспериментальные данные (Schäufele and Härdtl, 1996; Fett and Thun, 1998; Hall, 2001; Zhou and Kamlah, 2006) показывают, что электрические и механические характеристики поляризованной пьезокерамики зависят от времени. При воздействии циклических электрических полей с амплитудой меньше, чем предел коэрцитивного электрического поля, пьезокерамика демонстрирует гистерезисные деформации и отклики электрического потока, часто называемые гистерезисными откликами малой петли.Гистерезисный отклик второстепенного контура зависит от частоты, и в результате пьезоэлектрические композиты также демонстрируют частотно-зависимое гистерезисное поведение; см. Khan et al. (2016). Когда рассматриваются циклические электрические поля с высокой амплитудой, превышающей предел коэрцитивного электрического поля, пьезоэлектрическая керамика испытывает переключение поляризации, которое формирует главный гистерезис петли; см., например, Cao and Evans (1993), Fang and Li (1999), Lente and Eiras (2002), Ren (2004) и Li et al. (2005). Реакция переключения поляризации также зависит от времени.Кроме того, полимерная матрица демонстрирует вязкоупругий отклик, который в конечном итоге влияет на гистерезисный отклик пьезоэлектрических композитов (Muliana, 2010). Доступны лишь ограниченные экспериментальные испытания пьезоэлектрических композитов с волокнами из PZT, подвергающимися переключению поляризации (Jayendiran and Arockiarajan, 2012, 2013).

Чтобы оценить общие свойства и характеристики пьезоэлектрических композитов при различных историях нагружения, были сформулированы несколько моделей микромеханики.Были рассмотрены как линейные, так и нелинейные отклики, включая ограниченные исследования гистерезисных откликов пьезокомпозитов. Примеры микромеханических моделей для пьезоэлектрических композитов: Newnham et al. (1980), Банно (1983), Смит и Олд (1991), Хагуд и Бент (1993), Нэн и Джин (1993), Данн и Тайя (1993), Абуди (1998), Одегард (2004), Тан и Тонг (2001), Ли и Данн (2001), Цзян и Батра (2001), и Лин и Мулиана (2013, 2014a). Следует отметить, что использованные в этих исследованиях пьезоэлектрические конститутивные модели ограничиваются пьезоэлектрическими явлениями только в поляризованном состоянии в отсутствие переключения поляризации.Доступны только ограниченные микромеханические модели для описания гистерезисных откликов пьезоэлектрических композитов из-за переключения поляризации, например, Aboudi (2005), Muliana (2010) и Jayendiran and Arockiarajan (2012, 2013). Их подходы просто рассматривали не зависящие от скорости гистерезисные определяющие соотношения для сегнетоэлектрических составляющих. Недавно Лин и Мулиана расширили свои микромеханические модели для пьезоэлектрических композитов, армированных частицами и волокном, включив в них зависящее от времени поведение при переключении поляризации пьезоэлектрических включений (см. Lin and Muliana, 2014b, 2016).В их моделях также изучается влияние вязкоупругой полимерной матрицы на общий электромеханический отклик композитов. В предыдущих моделях микромеханики упрощенная микроструктурная характеристика учитывалась при формулировании гомогенизированного (эффективного) электромеханического отклика пьезоэлектрических композитов. Например, Данн и Тайя (1993) рассмотрели микроструктурную характеристику, основанную на модели Мори-Танака, в которой одно включение внедрено в эффективную (гомогенизированную) матричную среду, в то время как Абуди (2005) рассмотрел модель элементарной ячейки с несколькими включение и матричные подэлементы.Одним из основных преимуществ моделей с упрощенной микроструктурной характеристикой является то, что они позволяют включать строгие нелинейные конститутивные модели для составляющих, будучи при этом эффективными с вычислительной точки зрения, с возможностью прогнозирования общего отклика композитов. Однако этот тип модели микромеханики ограничен в улавливании вариаций переменных поля (напряжение, деформация, электрический поток, электрическое поле, смещение, электрический потенциал), включая влияние локализованных и / или прерывистых переменных поля в целом. отклик композитов.Другой тип модели микромеханики рассматривает более детальные морфологии микроструктуры, такие как распределение, размер и форма включений, возможное наличие пустот, размещение электродов и т. Д. Примеры: Nelson et al. (2003), Таджеддини и др. (2014) и Бен-Атиталлах и др. (2016). Эти модели микромеханики имеют преимущество в улавливании вариаций переменных поля, включая локализацию и / или неоднородность переменных поля.

В этой главе мы представляем микромеханические модели для композитов, армированных волокном и частицами (PRC), чтобы получить эффективные гистерезисные характеристики пьезоэлектрических композитов 1-3 и 0–3 соответственно.Композиты 1–3 и 0–3 называются армированными волокнами композитами (FRC) и PRC соответственно. Модели микромеханики сформулированы на основе упрощенных моделей элементарной ячейки с несколькими подъячейками (см. Рис. 4.1). Феноменологическая конститутивная модель, учитывающая зависящее от скорости поведение переключения поляризации, предложенная Sohrabi и Muliana (2013), используется для пьезоэлектрических элементов, в то время как полимерная матрица рассматривается как линейный вязкоупругий материал. Подробные формулировки микромеханических моделей обсуждаются в Lin and Muliana (2014b).На основе этих моделей элементарной ячейки для волокна и PRC сформулирована другая модель микромеханики для гибридного композита. Гибридный композит состоит из однонаправленного волоконного армирования, внедренного в матричную среду, армированную частицами. Намерение добавления включений твердых частиц в матрицу состоит в том, чтобы улучшить общие свойства матрицы; таким образом, он может минимизировать различия в свойствах волокна и матрицы. Например, повышение диэлектрических свойств матрицы может помочь с поляризацией композитов.Модель микромеханики для гибридного композита формулируется путем интеграции модели микромеханики пьезокомпозита 0–3 с матричными субэлементами в модели элементарной ячейки пьезокомпозита 1–3 (см. Рис. 4.2). Эта глава организована следующим образом: В разделе 4.2 кратко обсуждаются конститутивные модели для составляющих, за которыми следуют численные методы решения связанных нелинейных электромеханических определяющих соотношений. В разделе 4.3 представлена ​​микромеханическая формулировка моделей элементарной ячейки волокна и элементарной ячейки частицы.Обсуждаются также численные результаты эффективных диэлектрических и деформационных гистерезисных откликов сегнетоэлектрических композитов 1–3 и 0–3. В разделе 4.4 представлена ​​модель гибридных композитов и ее численная реализация. Исследованы гистерезисные отклики при разной амплитуде воздействия электрического поля. Наконец, раздел 4.5 посвящен выводам.

4.1. Волоконно-элементарные модели и модели элементарных ячеек.

4.2. Модель гибридной элементарной ячейки.

Поляризация керамических материалов для создания пьезоэлектрического эффекта

Контекст 1

…. при определенных условиях времени и температуры, во время этого процесса частицы пьезопорошка спекаются, и материал приобретает плотную кристаллическую структуру. Деталь охлаждают, затем придают форму или подрезают. Наконец, чтобы поляризовать материал, он подвергается воздействию сильного электрического поля постоянного тока, направленного на выравнивание всех диполей в материале (рис. 3). Основная область применения пьезоэлектрика …

Контекст 2

… часто поставляется в качестве сырья, и затем необходима термообработка для запоминания макроскопических форм, связанных с двумя характерными кристаллическими фазами (рис….

Контекст 3

… размер зерна также оказывает значительное влияние на сверхупругое поведение SMA. Фактически, при большем размере зерна наблюдается деформация после разгрузки (3% для монокристаллического образца), вместо более мелкого размера зерна мы наблюдаем полное восстановление и, следовательно, сверхупругое поведение после разгрузки (Рис. 34). Односторонняя тренировка для исправления аустентичности …

Контекст 4

… формы, экспериментированные для программирования Ni-Ti, представляли собой прямые проволоки, изогнутые только в одной точке, и пружины.Сообщалось о некоторых тематических исследованиях программирования Ni-Ti (рис. 35-36). …

Контекст 5

… поведение растений все еще исследуется, но наиболее распространенная гипотеза состоит в том, что маленькие механорецепторные клетки на нижней стороне листьев реагируют на механические стимулы, создавая распространение электрического импульса, которое приводит к образованию листьев складной. Поскольку у растений нет мышц, движение происходит за счет гидравлических сил (потока воды) (Рис. …

Контекст 6

… В этом решении силы, необходимые для изменения формы модуля, ниже, и его легче детально и с хорошей точностью программировать форму для обеих конфигураций. С другой стороны, конструкция и геометрия модуля более сложны для оптимизации и изготовления, и возникает необходимость в сборке различных частей (Рис. …

Контекст 7

… Провод SMA, подвергающийся воздействию света Солнце может нагреваться до температуры 150 ° C, или там, где этого не происходит, можно использовать систему для высокой концентрации солнечного света.В этом случае система становится самодостаточной, но контроль изменений формы ниже, чем при низковольтной электрической активации (рис. 39). Разработка моделей САПР. Модели САПР были основой для виртуального и физического тестирования двух вариантов конструкции и каждого Решение принято для их разработки (рис. 40). …

Контекст 8

… из сплавов — никель и титан (рис. 42). Было выполнено множество виртуальных симуляций с разными диаметрами SMA-проводов и, следовательно, с разными приложенными силами.Все тесты были нацелены на то, чтобы приблизительно узнать поведение системы и изучить диапазон и распределение сил, необходимых для правильного функционирования интеллектуальной теневой системы (Рис. …

Контекст 9

… формы, экспериментированные для Программирование Ni-Ti представляло собой прямую проволоку, согнутую только в одной точке, и пружины. Сообщалось о некоторых тематических исследованиях программирования Ni-Ti (рис. 35-36). …

Контекст 10

… материалы может быть естественным или искусственным.Наиболее распространенным природным пьезоэлектрическим материалом является кварц, но более эффективными являются искусственные пьезоэлектрические материалы, в основном керамические. Из-за их сложной кристаллической структуры процесс их изготовления очень точен и следует очень специфическим этапам. Мелкодисперсные порошки оксидов металлов смешиваются в определенных пропорциях, затем нагреваются до образования однородного порошка. Пьезопорошок смешивают с органическим связующим и формуют в конструктивные элементы желаемой формы (диски, стержни, пластины и т. Д.).). Полученная форма обжигается в соответствии с определенными условиями времени и температуры, во время этого процесса частицы пьезопорошка спекаются, и материал приобретает плотную кристаллическую структуру. Деталь охлаждают, затем придают форму или подрезают. Наконец, чтобы поляризовать материал, он подвергается воздействию сильного электрического поля постоянного тока, направленного на выравнивание всех диполей в материале (рис. 3). Основная область применения пьезоэлектрических …

Контекст 11

Context 12

… при таком решении силы, необходимые для изменения формы модуля, меньше, и его легче детально запрограммировать и с хорошей точностью форму для обеих конфигураций. С другой стороны, конструкция и геометрия модуля более сложны для оптимизации и производства, и возникает необходимость в сборке различных частей (Рис. …

Контекст 13

… метод применим только в случае небольшого диаметр провода SMA используется, в противном случае электрическое сопротивление слишком мало для обеспечения достаточного нагрева • Путем пропускания электрического тока через провод с высоким сопротивлением, обернутый вокруг провода SMA.В этом случае электрический провод должен быть электрически изолирован, но изолятор должен иметь хорошую теплопроводность, чтобы позволить теплу течь через провод SMA • путем воздействия на провод SMA теплового излучения. Провод SMA, подвергающийся воздействию солнечного света, может нагреваться до температуры 150 ° C, или там, где этого не происходит, можно использовать систему для высокой концентрации солнечного света. В этом случае система становится самодостаточной, но контроль изменений формы ниже, чем при низковольтной электрической активации (рис. 39). Разработка моделей САПР. Модели САПР были основой для виртуального и физического тестирования двух вариантов конструкции и каждого Решение, принятое для их разработки (рис….

Контекст 14

… часто поставляется в качестве сырья, и затем необходима термообработка для запоминания макроскопических форм, связанных с двумя характерными кристаллическими фазами (Рис. …

Контекст 15

… оказывает существенное влияние также на сверхупругое поведение СПП. Фактически, при большем размере зерна наблюдается деформация после разгрузки (3% для монокристаллического образца), а не при более мелком зерне. размера мы наблюдаем полное восстановление и, следовательно, сверхупругое поведение после разгрузки Рис.34). Односторонняя тренировка для фиксации аустентичных …

Контекст 16

… каждая проанализированная 3D-модель материалов, и их механические свойства были определены, а затем приложены нагрузки. В качестве материалов использовался силиконовый каучук, свойства которого имеют модуль упругости, коэффициент Пуассона, модуль сдвига, текучесть и предел прочности на разрыв. В качестве справочного материала для нагрузок использовался технический паспорт, предоставленный «Dinalloy, Inc.» для некоторых флексиноловых проволок, где указаны силы, создаваемые проволоками разного диаметра.Флексинол — это SMA, основными легированными компонентами которого являются никель и титан (рис. 42). Было выполнено множество виртуальных симуляций с разными диаметрами SMA-проводов и, следовательно, с разными приложенными силами. Все испытания были нацелены на то, чтобы приблизительно узнать поведение системы и изучить диапазон и распределение сил, необходимых для правильного функционирования интеллектуальной теневой системы (Рис. …

Константы пьезоэлектрического заряда

Поскольку пьезоэлектрическая керамика является анизотропной, физические константы относятся как к направлению приложенной механической или электрической силы, так и к направлениям, перпендикулярным приложенной силе.Следовательно, каждая константа обычно имеет два нижних индекса, которые указывают направления двух связанных величин, таких как напряжение (сила, действующая на керамический элемент / площадь поверхности элемента) и деформация (изменение длины элемента / исходной длины элемента) для упругости. . Направление положительной поляризации обычно совпадает с осью Z прямоугольной системы осей X, Y и Z ( Рисунок 1.6 ). Направление X, Y или Z обозначено нижним индексом 1, 2 или 3 соответственно, а сдвиг вокруг одной из этих осей представлен нижним индексом 4, 5 или 6 соответственно.Здесь приведены определения наиболее часто используемых констант и уравнения для определения и взаимосвязи этих констант. Постоянная пьезоэлектрического заряда , d, постоянная пьезоэлектрического напряжения , g и диэлектрическая проницаемость , e являются факторами, зависящими от температуры.

Рисунок 1.6 — Направление положительной поляризации обычно совпадает с осью Z.

Постоянная пьезоэлектрического заряда

Постоянная пьезоэлектрического заряда , d, представляет собой поляризацию, генерируемую на единицу механического напряжения (Т), приложенного к пьезоэлектрическому материалу, или, альтернативно, представляет собой механическую деформацию (S), испытываемую пьезоэлектрическим материалом на единицу приложенного электрического поля.Первый индекс d указывает направление поляризации, генерируемой в материале, когда электрическое поле E равно нулю или, альтернативно, является направлением приложенной напряженности поля. Второй индекс — это направление приложенного напряжения или индуцированной деформации соответственно. Поскольку деформация, создаваемая в пьезоэлектрическом материале приложенным электрическим полем, является произведением значения электрического поля и значения d, d является важным показателем пригодности материала для приложений, зависящих от деформации (привод).

Постоянная пьезоэлектрического напряжения

Постоянная пьезоэлектрического напряжения , g — это электрическое поле, создаваемое пьезоэлектрическим материалом на единицу приложенного механического напряжения, или, альтернативно, это механическая деформация, испытываемая пьезоэлектрическим материалом на единицу приложенного электрического смещения.Первый индекс g указывает направление электрического поля, генерируемого в материале, или направление приложенного электрического смещения. Второй индекс — это направление приложенного напряжения или индуцированной деформации соответственно. Поскольку сила индуцированного электрического поля, создаваемого пьезоэлектрическим материалом в ответ на приложенное физическое напряжение, является произведением значения приложенного напряжения и значения g, g важен для оценки пригодности материала для сенсорных (сенсорных) приложений. .

Константа диэлектрической проницаемости

Диэлектрическая проницаемость или диэлектрическая проницаемость , ε для пьезоэлектрического керамического материала представляет собой диэлектрическое смещение на единицу электрического поля.ε ^T — диэлектрическая проницаемость при постоянном напряжении, ε ^S — диэлектрическая проницаемость при постоянной деформации. Первый индекс у ε> указывает направление диэлектрического смещения; второй — направление электрического поля.

Относительная диэлектрическая проницаемость, K, представляет собой отношение количества заряда, который может хранить элемент, изготовленный из керамического материала, по отношению к абсолютной диэлектрической проницаемости, 0, к заряду, который может накапливаться теми же электродами при разделении вакуум при равном напряжении (0 = 8.85 х 10-12 фарад / метр).

Эластичность и соответствие

Упругая податливость , s, — это деформация, возникающая в пьезоэлектрическом материале на единицу приложенного напряжения, и для направлений 11 и 33 является обратной величиной модуля упругости (модуля Юнга, Y).s ^D — податливость при постоянном электрическом смещении; s ^E — податливость в постоянном электрическом поле. Первый индекс указывает направление деформации, второй — направление напряжения.

Модуль Юнга

Модуль Юнга , Y, является показателем жесткости (эластичности) керамического материала.Y определяется из значения напряжения, приложенного к материалу, деленного на значение результирующей деформации в том же направлении.

Коэффициент электромеханической связи

Коэффициент электромеханической связи , k, является показателем эффективности, с которой пьезоэлектрический материал преобразует электрическую энергию в механическую или преобразует механическую энергию в электрическую. Первый индекс k обозначает направление наложения электродов; второй обозначает направление приложения или развития механической энергии.