Учёный ЮФУ предложил первый в мире инновационный пьезокомпозит

Профессор Физического факультета ЮФУ Виталий Тополов предложил первый в мире инновационный пьезокомпозит со связностью 2–1–2, сообщает центр общественных коммуникаций вуза.

Такая связность ранее не рассматривалась учёными, а композит такого рода может быть применим, например, для пьезоэлектрических сенсоров, приборов для приёма звука и ультразвука под водой, а также акустических преобразователей.

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. Изменяя их состав и объёмные доли, можно получить разнообразие новых материалов с различными свойствами.

В июне этого года ЮФУ Виталий Тополов опубликовал статью в журнале «Smart Materials and Structures» (Издательство Института физики – IOP Publishing). Она знакомит с новым, разработанным учёным, пьезоактивным композитом. Он содержит бессвинцовые компоненты (два кристаллических и полимерный) и демонстрирует высокую пьезочувствительность в сочетании с большими значениями гидростатических параметров.

«Предложенный трёхкомпонентный 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 приёма. 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 профессор.

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 трёх 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. Третий компонент - 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», – резюмировал учёный.

Справочно: профессор Виталий Тополов имеет на своём счету 237 научных работ, включенных в БД Скопус, и занимает второе место по цитированию среди всех сотрудников Физического факультета.