Пьезоэлектрики

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИКИ (пьезоэлектрич. материалы), анизотропные кристаллич. материалы (диэлектрики и полупроводники), в к-рых при мех. деформациях возникает электрич. поляризация-прямо и пьезоэффект. Пьезоэлектрики обладают также и обратным пьезоэффектом-они деформируются под влиянием внеш. электрич. поля.

Пьезоэффектом обладают монокристаллы, не имеющие центра симметрии (группы симметрии 1, 2, 3, 4, 6, т, тт2, 3т, 4тт, 6тт, 222, 4, 422, 42т, 6, 622, 6т2, 32, 23т, 3), поликристаллич. диэлектрики и др. материалы, содержащие пьезоэлектрич. текстуры с группами симметрии ,, ,:2, , · т. Величину пьезоэффекта характеризуют гл. обр. пьезо-модулем d, представляющим собой коэф. пропорциональности между векторами напряженности мех. поля и поляризации.

Поляризация может присутствовать в материале еще до мех. деформации (пироэлектрики)и может возникать только вследствие деформирования. Возникающая поляризация м. б. упругой и может сопровождаться изменением структуры. Пьезоэффект, в общем, возрастает с ростом полярности пьезоэлектрич. материала. Малополярные пьезоэлектрики с диэлектрич. проницаемостью e 1-3,5 имеют небольшие пьезомодули d = (2-5) пКл/Н. К этому типу пьезоэлектриков относятся монокристал-лич. кварц, NaClO₃, NaBrO₃, NaCl, NaBr, NaCI, NiSO₄ и др. Полярные пьезоэлектрики с e 10-30 имеют d до 40 пКл/Н. К ним относятся турмалин, тартрат К, сульфат Li.

Пьезоэлектрики являются также сегнетоэлектрики, обладающие достаточно высокими значениями е 100-10000 и d до 600 пКл/Н, однако отличающиеся большими электрич. и мех. потерями и заметной температурной зависимостью этих св-в. К таким пьезоэлектрикам относятся сегнетова соль (тетрагидрат тартрата K-Na), дигидрофосфаты К и аммония, SbSl, триглицинсульфат, а также монокристаллы типа перовскита, напр. титанаты Ва и Рb.

Наиб. распространение в ультразвуковой технике получили пьезокерамич. материалы -пьезокерамика, представляющая собой поляризованные сегнетоэлектрич. материалы. Основа таких пьезоэлектриков-твердые р-ры титаната Ва и Са или цирконата-титаната Рb (ЦТС). Последний обладает е до 3500 и d до 500 пКл/Н. Получают пьезокерамич. материалы по технологии произ-ва керамики: исходные материалы синтезируют из соответствующих оксидов при 800-1000 °С, из них затем приготовляют пресспорошки (для полусухого прессования) или шликер (для горячего литья под давлением). Полученные заготовки обжигают при 1000-1500 °С, режут и шлифуют. Образцы поляризуют в постоянном электрич. поле напряженностью 1,5-3,0 кВ/мм при 100-200 °С, вследствие чего у них появляются пьезоэлектрич. св-ва. Помимо значит. пьезоэффекта пьезокерамика характеризуется стабильностью, большой мех. прочностью и устойчивостью к внеш. воздействиям, простотой и невысокой стоимостью изготовления пьезоэлементов разл. конфигурации.

Пьезоэффектом обладают мн. материалы растит. и животного происхождения, напр. коллаген, древесина, а также синтетич. полимеры - поливинилиденфторидная пьезоплен-ка (d 15-25 пКл/Н), сополимеры винилиденфторида с три-фтор- и тетрафторэтиленом (см. Электреты)и полимерные композиции с наполнителями в виде порошка сегнетоэлек-трич. керамики.

Пьезоэлектрики применяют в качестве электроакустич. и электромех. преобразователей в ультразвуковой технике, гидрофонах и др. устройствах, в ВЧ и СВЧ технике.

Лит.: Энциклопедия неорганических материалов, т. 2, К., 1977, с. 267-69; Лушейкин Г. А., Полимерные пьезоэлектрики, М., 1990; Физическая энциклопедия, т. 3, М., 1993. Г А. Лущейкин.