Ребята, внимательно изучите и законспектируйте материал по теме «Интеллектуальные сплавы с особыми магнитными и электрическими свойствами» (проверю)

↑

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Ребята, внимательно изучите и законспектируйте материал по теме «Интеллектуальные сплавы с особыми магнитными и электрическими свойствами» (проверю)

«Интеллектуальные» или «умные» материалы (англ. smart materials)

– это материалы, свойства которых изменяются при воздействии каких-либо внешних факторов.

Такими факторами могут быть: механические нагрузки, электрическое или магнитное поля, температура, свет, влажность, химические свойства среды и др.

Изменение свойств смарт-материала является обратимым и может повторяться много раз

Виды материалов:

- самовосстанавливающиеся материалы (англ. self-healing materials), которые могут самостоятельно залечивать возникающие в них дефекты.

- сплавы с «эффектом памяти» (англ. shape-memory alloy)-после деформации восстанавливают свою первоначальную форму при нагреве.

- самосмазывающиеся материалы (англ. self-lubricating materials), которые уменьшают трение или износ

-самоочищающиеся материалы (англ. self-cleaning materials), отталкивающие воду, органические жидкости и прочие загрязнения.

Рассмотрим подробнее материалы с большими магнитострикционными, электрострикционными, пьезоэлектрическими свойствами.

"Интеллект" этих материалов проявляется в том, что изменение внешних условий (магнитного или электрического напряжения) вызывает изменение их размеров, т.е. выполняется работа.

И наоборот, при приложении напряжения возникает электрическое или магнитное поле. При этом имеется жесткая корреляция между величиной сигнала на входе и реакцией на выходе.

Пьезоэлектрики.

Пьезоэлектрический эффект возникает в диполях, т.е. в кристаллах, в которых центры положительных и отрицательных зарядов нс совпадают (рис. 1). Асимметрия создается положительным ионом "В", расположенным вне центра..

 Рис. 1.Схема диполя

Различают прямой и обратный пьезоэффекты

Прямой пьезоэлектрический эффект заключается в появлении разноименных электрических зарядов на поверхности кристалла при приложении к нему механической нагрузки (рис. 2, а).

Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в изменении размеров кристалла (его деформации) под действием электрического поля (рис. 2,б).

Рис. 2. Пьезоэлектрический эффект (схема):

а – прямой; б – обратный

Слабый пьезоэлектрический эффект наблюдается во многих природных материалах – кварце, турмалине, сульфате лития и др.

Важным классом пьезоэлектриков с сильным пьезоэлектрическим эффектом являются сегнетоэлектрики – кристаллические вещества, обладающие при определенных температурах спонтанной (самопроизвольной) поляризацией (эффект был обнаружен в сегнетовой соли, отсюда название – сегнетоэлектрики).

В промышленности используют сегнетоэлектрик – титанат бария (ВаТiO₃).

Рис. 3. Кристаллическая ячейка BaTiO₃:

а – выше точки Кюри; б – ниже точки Кюри

При высоких температурах он имеет симметричную ку́бическую структуру (т.е. кристалл не является диполем): атомы бария расположены в углах куба, атомы кислорода – в центрах граней, атом титана – в центре куба (рис. 3, а)

При температуре 120°С (точка Кюри) происходит полиморфное превращение, решетка становится тетрагональной, атом титана приближается к одному из атомов кислорода (рис. 3, б), в результате чего самопроизвольно образуется диполь, обладающий пьезоэлектрической активностью.

Наряду с монокристаллами используют пьезокерамику, получаемую спеканием сегнетоэлектриков.

После спекания и охлаждения получают керамику с размером зерен от нескольких нанометров до микрометра, расположенных хаотично. Поскольку диполи не ориентированы, они взаимно гасятся, т.е. в таком состоянии материал не является пьезоэлектриком, хотя в отдельности каждое зерно – сегнетоэлектрик.

Для придания керамике необходимых пьезоэлектрических свойств ее подвергают воздействию сильного электрического поля, которое ориентирует диполи.

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?