Разработка технологических решений создания объёмно-чувствительных и высокоанизотропных пьезокомпозитов на основе (Pb, Zr)TiO3 и PbTiO3 тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.06, кандидат наук Филиппов, Сергей Евгеньевич

• Филиппов, Сергей Евгеньевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Филиппов, Сергей Евгеньевич

свойства и методы получения......................................................................................................17

1.1 Концепция связностей..............................................................................................................17

1.2 Электромеханические взаимодействия и свойства

пьезокомпозитов......................................................................................................................................22

1.3 Технологические аспекты получения современных

пьезокомпозитов......................................................................................................................................27

2 Пьезокомпозиционные материалы типа 1-3 на основе

сегнетокерамики......................................................................................................................................32

2.1 Эффективные электромеханические свойства и связанные с ними параметры......................................................................................................................................................33

2.1.1 Модель пьезокомпозита типа 1-3..............................................................................33

2.1.2 Прогнозирование эффективных свойств и параметров............................35

2.2 Примеры концентрационных зависимостей эффективных

параметров и анизотропии электромеханических свойств..............................38

2.2.1 Сегнетопьезокерамики, используемые в качестве основных компонентов................................................................................................................................................38

2.2.2 Характеристики композита на основе сегнетомягкой керамики .. 40

2.2.3 Характеристики композита на основе сегнетожёсткой керамики с большой пьезоэлектрической анизотропией........................................................................47

2.3 Преимущества исследованых пьезокомпозитов типа 1-3 ..........................54

3 Особенности пьезоэлектрической анизотропии и гидростатического

отклика пористых композиционных материалов......................................................56

3.1 Пористые сегнетопьезокерамики на основе РЬ(2г, ТГЮз..........................56

3.2 Пористые пьезокомпозиты: получение, микрогеометрия, эффективные параметры и пьезоэлектрическая анизотропия........................58

3.3 Интерпретация экспериментальных данных по пористым пьезокомпозитам на основе ЦТС-19......................................................................................71

3.4 Взаимосвязи «микрогеометрия - факторы анизотропии» в пьезокомпозитах типа 1-3 с пористой полимерной матрицей........................73

3.4.1 Структура и эффективные свойства пьезокомпозита типа 1—3 ... 78

3.4.2 Эффективные параметры, связанные с пьезоэлектрической анизотропией пьезокомпозита типа 1-3 ..............................................................................81

3.4.3 Большая анизотропия пьезомодулей и родственных параметров пьезокомпозита типа 1-3 ..................................................................................................................84

3.4.4 Роль упругой анизотропии пористой полимерной матрицы в формировании большой анизотропии пьезомодулей и родственных параметров пьезокомпозита типа 1-3..................................................................................87

4 Получение и эффективные параметры нового пьезокомпозита, содержащего глину..............................................................................................................................91

4.1 Получение пьезокомпозита и особенности его микрогеометрии ... 91

4.2 Экспериментальные концентрационные зависимости

эффективных параметров пьезокомпозита......................................................................93

4.3 Расчётные концентрационные зависимости эффективных

параметров пьезокомпозита..........................................................................................................98

5 Эффективные параметры пьезокомпозитов и их применения................106

5.1 Основные применения современных пьезокомпозитов..............................106

5.2 Связи «эффективный параметр - практическое применение» для исследованных пьезокомпозитов............................................... 109

Заключение. Основные результаты и выводы............................................................112

Список литературы................................................................ 115

Приложение А. Список основных публикаций автора по теме

диссертации..................................................................................................................................................127

Приложение Б. Электромеханические константы компонентов при комнатной температуре........................................................... 129

Приложение В. Сведения об апробации результатов диссертации...... 131

Приложение Г. Массовые соотношения компонентов при

изготовлении композита «сегнетопьезокерамика ЦТС-19 - глина» ... 132

Приложение Д. Эффективные пьезоэлектрические свойства

композитов на основе ЦТС-19................................................... 135

Приложение Е. Сведения о практическом использовании результатов диссертации.......................................................................... 137

Приложение Ж. Список использованных сокращений..................... 143

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологических решений создания объёмно-чувствительных и высокоанизотропных пьезокомпозитов на основе (Pb, Zr)TiO3 и PbTiO3»

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. XXI век считают веком новых материалов и технологий. От свойств новых материалов и эффективности технологических приёмов их получения во многом зависит научно-технический прогресс. Среди материалов, представляющих несомненный интерес, можно выделить композиты - композиционные материалы, которые представляют собой гетерогенные системы, состоящие из двух или более компонентов, причём эти компоненты различаются по химическому составу, по физическим свойствам и разделены чётко выраженной границей [1, 2]. Благодаря выбору определённых объёмных концентраций компонентов, микрогеометрии и другим макроскопическим характеристикам композитов, при определённых технологических условиях удаётся получать новые материалы, свойствами (или отдельными параметрами) которых не обладает ни один из компонентов отдельности.

Современные пьезокомпозиты - гетерогенные материалы, содержащие как минимум один пьезоэлектрический компонент, - являются важными объектами исследований и представляют обширную область инноваций и практических применений [2—4] в последние десятилетия. Упругие, пьезо-, диэлектрические, электрострикционные, пироэлектрические и другие свойства пьезокомпозитов существенно зависят от особенностей электромеханических взаимодействий в них [1, 2] вследствие связи между электрическими и механическими полями, обусловливающей пьезоэффект в гетерогенной полярной среде. Важность исследований пьезокомпозиционных материалов, а также разработка методов их получения и улучшения (оптимизации) ряда параметров обусловлены разнообразными применениями этих материалов в пьезотехнике, в гидроакустике, в пьезоакустоэлектронике, в пьезосенсорике, в приборах медицинской диагностики и т.д.

Анализ многочисленных литературных данных показывает, что пьезокомпозиты на основе сегнетопьезокерамики (СПК) с различными

микрогеометрическими характеристиками и связностями [2, 4, 5] получили наибольшее практическое применение в последние десятилетия. В частности, пьезокомпозиты «СПК - полимер» представляют практический интерес как активные элементы пьезоэлектрических преобразователей, гидрофонов, акустических антенн, актгааторов, сенсоров и других устройств. При этом важными представляются факторы, благоприятствующие проявлению прямого или обратного пьезоэлектрического эффекта, функций актюатора, сенсора, гидрофона и т.д. При применении в качестве гидрофонов, когда на пьезоэлемент действует гидростатическое давление, большое значение приобретают параметры, описывающие гидростатический пьезоэлектрический отклик (объёмную пьезочувствительность) материала. В микрофонах, в сенсорных элементах и гидрофонах, связанных с генерацией электрического поля под действием внешних механических напряжений, необходимо использовать материалы с высокой пьезочувствительностыо. В частности, в пористых СПК и родственных пьезокомпозитах достигаются значительные гидростатические

пьезококоэффициенты. Это обстоятельство позволяет использовать пористые пьезоматериалы непосредственно для регистрации объёмных сигналов в газовых и жидких средах, не прибегая к принятому в традиционных аналогах преобразованию сигналов в одноосные. Датчики на основе пористой СПК конструктивно просты и отличаются высокой надёжностью благодаря отсутствию подвижных и хрупких деталей или узлов, мембран и других аналогичных элементов датчиков. Вызывают определённый интерес пьезокомпозиты на основе пористой СПК: в них достигаются достаточно высокие продольная и гидростатическая пьезочувствительности при низкой механической добротности и малом акустическом импедансе. Однако микрогеометрическая картина таких композитов является достаточно сложной и не изучалась детально в широком интервале объёмных концентраций компонентов.

Приведенные выше аргументы показывают, что научная проблематика является актуальной и связана с исследованием новых пьезоактивных

гетерогенных материалов — от прогнозирования и оптимизации отдельных параметров пьезокомпозитов до получения пьезокомпозитов с заданными характеристиками. Настоящая диссертационная работа является составной частью исследований, проводимых в Южном федеральном университете в течение последнего десятилетия и посвящённых созданию новых пьезокомпозитов с прогнозируемыми электромеханическими свойствами.

Цель диссертационной работы - разработка технологических приёмов и создание высокоэффективных объёмно-чувствительных и высокоанизо-тропных пьезокомпозитов и пьезопреобразователей на их основе для современных устройств электронной техники.

Для достижения цели диссертационной работы решались следующие задачи:

разработка макетной технологии изготовления новых пьезокомпозитов, а также оптимизация рецептур получения пьезокомпозитов (монолитных или пористых, двух- или трёхкомпонентных) на основе СГЖ;

определение и интерпретация зависимостей параметров новых пьезокомпозитов (плотность р*, скорость звука у5, диэлектрическая проницаемость механически свободного образца анизотропия пьезомодулей й?зз / с1 з,, гидростатические пьезокоэффициенты (1[ = с1'33 + 2,, = £33 +

квадрат гидростатического параметра приёма (О,,)2 = и т.д.) от пористости композитных образцов или от объемной концентрации СГЖ компонентов;

исследование пьезоэлектрической анизотропии с/33 / ¿/31 при изменении пористости пьезокомпозитов вследствие ступенчатого введения порообразователя;

исследование взаимосвязей «состав — микрогеометрия - свойства» для пьезокомпозитов с различными связностями с целью определения влияния технологических факторов на свойства получаемых пьезокомпозитов при немонотонном поведении их отдельных параметров;

прогнозирование эффективных параметров пьезокомпозитов в широком интервале объёмных концентраций СПК или пористости с целью определения факторов, влияющих на пьезочувствительность и пьезоэлектрическую анизотропию двух- или трёхкомпонентных композитов.

Объекты исследований. Объектами исследований являются пьезокомпозиты «СПК - воздух», «СПК - глина», «СПК - пористый полимер» и «СПК - СПК - полимер» с различными связностями, в частности, типов 1—3, 0-3 и 3—3. В качестве СПК компонентов выступают материалы со структурой типа перовскита, например, типа (РЬ, Тг)Т\Оъ (ЦТС-19, ПКР-7М) или модифицированного РЬТЮз. Выбор компонентов обусловлен тем, что для СПК, полимеров и глины, входящих в состав указанных композитов, в литературе имеются полные наборы экспериментальных значений упругих, пьезо- и диэлектрических (т.е. электромеханических) констант.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые

определена связь между массовой долей порообразователя хр и пористостью ур новых композитов на основе СПК ЦТС-19, показана эффективность применения порообразователя щавелекислого аммония 1-водного для формирования анизотропии пьезоэлектрических свойств композитов;

экспериментально исследованы зависимости электрофизических параметров полученных пористых композитов на основе СПК ЦТС-19 от пористости образцов ур в интервале 0 < ур < 0,6 и предложена интерпретация этих зависимостей в рамках модели «композит в композите» с элементами связности 1-3 и 3-0 с учетом изменений микрогеометрии образцов;

проведено прогнозирование эффективных свойств и факторов анизотропии пьезокомпозитов типа 1-3 с различными гетерогенными матрицами (полимер + СПК, пористый полимер, пористая СПК);

проанализировано влияние анизотропии модулей упругости 0-3-матрицы на пьезочувствительность, на пьезоэлектрическую анизотропию и гидростатический отклик 1-0-3-композитов на основе СПК;

при получении новых двухкомпонентных пьезокомпозитов с различными типами связностями использовано новое неорганическое связующее (на основе глины);

разработана технология получения нового композита «ЦТС-19 - глина», изготовлены пьезоэлементы из этого композита, а также исследованы и интерпретированы их электрофизические свойства при объёмной концентрации глины 0,01 <wc/<0,35 в рамках модели гетерогенных слоёв двух типов;

установлена большая анизотропия пьезомодулей d'3j нового композита

«СПК ЦТС-19 - глина» (d*33 /1 d'3X \ > 5) при малых объёмных концентрациях глины mci и учёте ряда технологических факторов в процессе изготовления образцов.

Практическая значимость. Совокупность экспериментальных данных, апробированных технологических приёмов и результатов прогнозирования свойств представляется важной при получении пьезокомпозитов для ряда применений (пьезоэлектрические сенсоры, преобразователи, акустические антенны, гидрофоны и т.п.). Результаты диссертации использованы при выполнении ПИР «Обеспечение ЦКП «Высокие технологии» Южного федерального университета комплексных физико-химических исследований композиционных и керамических сегнетоматериалов с заданными свойствами для создания элементной базы электрически управляемых СВЧ устройств авиационных и космических систем» (Государственный контракт от 13 июля 2012 г. № 16.552.11.7090). Результаты диссертации использованы в ООО «Пьезоприбор» (г. Ростов-на-Дону) при отработке технологии выпуска пьезоэлементов с улучшенными свойствами из композитов на основе СПК ЦТС-19. Имеется справка из ФГБНУ НИРФИ (г. Нижний Новгород) об использовании в изделиях пьезоэлементов, которые изготовлены по пористо-керамической технологии, предложенной соискателем.

В качестве примера цитирования укажем, что работа [A3] включена в список литературы авторами статьи [6], где исследован новый композит «СПК — полимер» со спиральной структурой. Результаты [А5] используются при написании новой

монографии Бауэна К.Р. с сотр. "Modern piezoelectric energy-harvesting materials", готовящейся к опубликованию в издательстве «Шпрингер» в 2015 г. Результаты [A4, А6, А7, АН] используются при изучении курса «Физика сегието- и пьезоэлектриков» для студентов магистратуры Южного федерального университета.

Методы исследования. Для исследования электрофизических свойств используются методики, соответствующие действующим ГОСТам для пьезоэлементов. При прогнозировании эффективных свойств и параметров новых пьезокомпозитов, а также для интерпретации полученных экспериментальных данных применяются метод эффективного поля (effective field method), разбавленный подход (dilute approximation), матричный метод [2] и метод конечных элементов (finite element method) [8]. При описании пористых пьезокомпозитов применяется полиномиальная интерполяция функции vp(x^), где vp - пористость, хр -массовая доля порообразователя. При получении новых пьезокомпозитов и при экспериментальных исследованиях их свойств используется оборудование ЦКП «Высокие технологии» Южного федерального университета. На защиту выносятся следующие научные положения.

1. 1-0-3-композиты, содержащие систему изолированных включений в 0-3-матрице «сегнетопьезокерамика - полимер», характеризуются

а) пьезокоэффициентами g'33& (300... 400) мВм/ Н, (150... 200) мВм/ Н,

гидростатическими пьезомодулем d*h » (150 ... 350) пКл / H и коэффициентом электромеханической связи к[ « 0,25 ... 0,45 в случае стержней из сегнетомягкой керамики типа ПКР;

б) пьезокоэффициентами g3*3« (300... 350) мВ'м/ H и 200 мВ'м/ H в случае

стержней из сегнетожёсткой керамики типа РЬТЮз.

2. Важной стадией получения пористого композита на основе сегнетокерамики ЦТС-19 является формирование пористого каркаса с учётом зависимости ур(хр), где ур - пористость, хр - массовая доля порообразователя. Присутствие в образцах монолитных сегнетопьезокерамических областей,

параллельных оси поляризации, существенно влияет на поперечный пьезоэффект и гидростатические параметры композита в интервале пористости [0,10; 0,55].

3. При получении пористого композита на основе ЦТС-19 формируется колонарная структура, которая приводит к анизотропии пьезомодулей ¿/33 / | ¿/31 | « 4... 5 и пьезочувствительности £3*3« (1 ...

4. Композит «сегнетопьезокерамика ЦТС-19 - глина», полученный при смешивании спечённого порошка ЦТС-19 со степенью дисперсности (3 ... 12) мкм и глины со степенью дисперсности (5 ... 9) мкм путём последующих стадий прессования, обжига, нанесения электродов и электрической поляризации образцов, характеризуется анизотропией пьезомодулей 5,4 < с/33/ \ с1*31\ < 8,2 при

объёмной концентрации глины 0,01< тС1< 0,05. Влияние глины на пьезоэлектрические свойства и их анизотропию интерпретируется в рамках моделей двух- и трёхкомпонентных композитов с элементами связности 3-0, 3-1 и 2-2.

Степень достоверности и апробация работы. Степень достоверности результатов диссертации подтверждается

— использованием в ходе исследований современного поверенного оборудования и стандартизированных методов исследования электрофизических параметров и микрогеометрии полученных материалов;

— согласованием результатов исследований с фундаментальными теоретическими положениями;

— согласием между расчётными (модельными) и экспериментальными результатами при применении ряда методов для прогнозирования эффективных электромеханических свойств и ряда параметров новых пьезокомпозитов.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на XIX Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (г. Москва, Россия, 2011 г.); на 12-й Европейской конференции по сегнетоэлектричеству-ЕМБ 2011, г. Бордо, Франция, 2011 г.); на Международном симпозиуме по интегрированным

функциональным элементам - ISIF 2011, г. Кембридж, Соединённое Королевство, 2011 г.); на Российско-тайваньском симпозиуме «Физика и механика новых материалов и их применения» - PHENMA (г. Ростов-на-Дону, Россия, 2012 г.); на VIII Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения» (г. Ростов-на-Дону, Россия, 2012 г.); на Международном симпозиуме «Физика и механика новых материалов и подводные применения» - PHENMA 2013 (г. Гаосюн, Китайская Республика на Тайване,

2013 г.); на Международной молодежной научной конференции «Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения» (г. Анапа Краснодарского кр., Россия, 2013 г.); на Международном симпозиуме «Физика и механика новых материалов и подводные применения» — PHENMA 2014 (г. Хон Каен, Таиланд,

2014 г.); на Международной конференции «Физика и механика новых материалов и их применения» - PHENMA 2015 (г. Азов Ростовской обл., Россия, 2015 г.).

Публикации по теме диссертации. Всего по теме диссертации опубликованы 17 научных работ. Список основных публикаций автора содержит 12 наименований [А1-А12], в том числе семь журнальных статей [А1-А7] в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, глава коллективной монографии [А8] и четыре работы в сборниках трудов всероссийских [А9] и международных [А 10-А12] конференций.

Личный вклад автора. Все основные результаты диссертации получены лично автором. Автор непосредственно участвовал в планировании диссертационных исследований, в выборе объектов, в разработке технологических приёмов получения новых пьезокомпозитов, в проведении электрофизических измерений, в интерпретации экспериментальных результатов и в прогнозировании эффективных параметров пьезокомпозитов. Автору принадлежат формулировка задач, выбор объектов исследования и путей решения задач. Соавторами публикаций [А1-А12] являются д.ф.-м.н., проф. ТополовВ.Ю., д.т.н., проф. Панич А.Е., Воронцов A.A., Брыль O.E., Панич Е.А. (ЮФУ, г. Ростов-на-Дону), проф. д-р Бауэн K.P. (Университет Бата, г. Бат, Соединённое

Королевство) и проф. д-р Бизенья П. (Университет Рима «Тор Вергата», г. Рим, Италия).

Тема диссертации предложена Тополовым В.Ю. Он осуществлял научное руководство диссертационной работой, участвовал в обсуждении и интерпретации полученных результатов. Воронцов A.A. и Панич А.Е. принимали участие в разработке технологических приёмов получения новых пьезокомпозитов, в обсуждении экспериментальных данных и их физической интерпретации в рамках моделей композитов с различными элементами связности. Брыль O.E. участвовала в формировании системы микрофотографий для интерпретации микрогеометрических особенностей композитных образцов. Бауэн K.P., Бизенья П. и Панич Е.А. участвовали в построении моделей композитов типа 1-3 и в обсуждении результатов прогнозирования эффективных свойств новых композитов. Кроме того, Бизенья П. провёл расчёты эффективных параметров двухкомпонентных композитов по методу конечных элементов и участвовал в сравнении этих результатов с результатами, полученными с помощью других методов.

Объём и структура работы. Объём работы - 143 страницы, включая 23 рисунка и 12 таблиц. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 103 наименований и семи приложений.

Содержание работы. Во введении описана актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи диссертационного исследования, обоснован выбор объектов исследования, указаны новизна полученных результатов, методы исследований, сформулированы основные научные положения, приведены сведения об апробации диссертационных результатов, основных публикациях автора по теме диссертации, описан личный вклад автора, приведена информация об объёме и структуре диссертации, а также кратко охарактеризованы её главы.

В главе 1 проведен анализ литературных источников по пьезокомпозитам, их связности и другим микрогеометрическим характеристикам, а также кратко

описаны основные методы получения этих пьезоактивных материалов. Приведены критерии классификации пьезокомпозитов, роль связности и эволюции связностей при формировании эффективных свойств. Рассмотрены методы прогнозирования эффективных свойств двухкомпонентных пьезокомпозитов, в частности, получивших наибольшее распространение материалов типа «СПК - полимер». Проанализированы методы получения пьезокомпозитов с различными связностями. Показано, что основную роль играют методы изготовления двухкомпонентных композитов на основе СПК, однако в последнее время в литературе уделяется внимание методам изготовления композитов типов «кристалл релаксора-сегнетоэлектрика - полимер» и «сегнетоэлектрический кристалл — СПК».

Глава 2 посвящена композитам на основе СПК, причём важнейшим элементом связности выступает 1-3. Индекс 1 относится к СПК и означает непрерывное распределение этого пьезоактивного компонента вдоль одной из осей координат, индекс 3 относится к окружающей матрице, непрерывно распределённой вдоль трёх координатных осей. Модификация композитной структуры позволила рассмотреть материалы на основе СПК (сегнетомягкой или сегнетожёсткой) со связностью 1-0-3. Для 1-0-3-композитов проведено прогнозирование эффективных свойств, гидростатических параметров, факторов пьезоэлектрической анизотропии, а также определены максимумы (минимумы) ряда параметров, представляющих практический интерес, а также дана интерпретация новых результатов. При сравнении последних для 1-0-3-композитов на основе сегнетомягкой и сегнетожёсткой СПК описаны преимущества этих материалов по сравнению с традиционными 1-3-композитами типа «СПК - полимер».

В главе 3 рассмотрены примеры пористых пьезокомпозитов на основе СПК, описаны особенности технологии их получения, основные черты микрогеометрии в широком интервале пористости, а также приведены результаты экспериментальных исследований их эффективных свойств и ряда параметров,

связанных с пьезоэффектом. Проведено сравнение экспериментальных данных с результатами прогнозирования свойств в рамках модели «композит в композите» с элементами связности 1-3 и 3-0, а также дано сравнение экспериментальных данных с известными литературными данными по пористым СПК типа ЦТС. Кроме того, рассмотрен пример 1-3-0-композита типа «СПК - пористая полимерная матрица». Для этого материала проведено систематическое исследование факторов анизотропии его пьезоэлектрических свойств, коэффициентов электромеханической связи и других параметров. Проанализированы условия достижения большой анизотропии пьезомодулей и других параметров данного 1-3-0-композита.

Глава 4 посвящена проблеме получения нового композита «СПК — глина», исследованию особенностей его микрогеометрии, эффективных свойств, пьезоэлектрической анизотропии, гидростатического пьезоэлектрического отклика, скорости распространения звуковой волны и т.д. Интерпретация экспериментальных данных проведена в рамках оригинальной модели композита, содержащего систему чередующихся слоев двух типов - «глина — СПК» (пьезоактивный слой) и «воздух - глина» (пьезопассивный слой).

В главе 5 рассмотрены связи «эффективный параметр - практическое применение» для исследованных пьезокомпозитов, определены направления их применений.

В заключительной части диссертации сформулированы её основные результаты и выводы.

В приложении А дан список основных публикаций автора по теме диссертации. В приложении Б представлены таблицы полных наборов упругих, пьезоэлектрических и диэлектрических свойств СПК со структурой типа перовскита и полимеров, которые часто используются при создании пьезокомпозитов и прогнозировании их эффективных свойств. Приложение В содержит данные по апробации диссертационных результатов. В приложении Г приведены данные по содержанию компонентов при получении композита «СПК

ЦТС-19 - глина». В приложении Д представлены концентрационные зависимости пьезоэлектрических свойств, прогнозируемых для двухкомпонентных композитов с помощью различных методов. В приложении Е даны копии справок о практическом использовании результатов диссертации. В приложении Ж приведен список сокращений терминов и наименований, использовавшихся в диссертации.

1 ПЬЕЗОКОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ: СВЯЗНОСТЬ, ЭФФЕКТИВНЫЕ СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ

В главе 1 рассматриваются пьезокомпозиционные материалы (пьезокомпозиты), т.е. активные гетерогенные материалы, которые содержат хотя бы один пьезоэлектрический компонент. Компонент композиционного материала образует совокупность структурных элементов с одними и теми же физическими свойствами [1, 2]. Примерами пьезокомпозитов являются такие материалы, как «СПК — полимер», «сегнетоэлектрический кристалл — полимер», «сегнетоэлектри-ческий кристалл - СПК», «СПК - пористый полимер», «сегнетоэлектрический кристалл - пористый полимер» [1-7] и др. При анализе эффективных (усреднённых) физических свойств пьезокомпозитов наряду со свойствами и объёмными концентрациями компонентов следует учитывать особенности микрогеометрии и взаимного расположения компонентов [1, 2, 5, 8-11]. Это обусловливает особенности электромеханического взаимодействия компонентов в гетерогенной системе, влияет на её эффективные свойства и, в частности, на пьезоэффект.

1.1 Концепция связностей

Композиционнные материалы, в том числе пьезокомпозиты, можно классифицировать по следующим признакам [1, 2, 5]:

1) характер связности структурных элементов;

2) характерные относительные размеры и форма структурных элементов;

3) характер расположения структурных элементов.

При этом полагают, что характерные размеры /,• отдельного структурного элемента пьезокомпозита пренебрежимо малы по сравнению с характерным размером Ь образца (т.е. /,■ « Ь) и много больше молекулярных размеров [1—3]. Классификация композитов с периодической структурой и плоскими границами

раздела компонентов впервые предложена Ньюнэмом с сотрудниками [5]. Эта классификация первоначально распространялась на пиро- и пьезоактивные композиты без конкретизации физической природы компонентов. Как показывают литературные данные за последние десятилетия, классификация Ньюнэма с сотрудниками [5] активно используется при описании микрогеометрии пьезокомпозитов и интерпретации особенностей электромеханического взаимодействия в них [2-4, 10-14]. Критерием классификации [5] является связность, обозначаемая в случае двухкомпонентного композита индексами a-ß, где a, ß = 0; 1; 2; 3. На рисунке 1.1 схематически показаны 10 типов связности a-ß-композитов. Индекс а или ß показывает, вдоль скольких осей прямоугольной системы координат (ATZ) непрерывно распределяется первый или второй

Рисунок 1.1— Классификация двухкомпонентных композитов со связностью а-р [5]. (ЛУ2Г) - прямоугольная система координат

компонент, соответственно. При этом индекс а относится, как правило, к пьезоэлектрическому (или более активному диэлектрическому) компоненту [2, 5, 9-14].

Например, матричные пьезокомпозиты с изолированными СПК включениями описываются связностью 0-3 (рисунок 1.2, а) волокнистые пьезокомпозиты традиционно описываются связностью 1-3 (СПК стержни

Рисунок 1.2 - Схематическое изображение 0-3- (а), 1-3- (б) и 2-2-пьезокомпозитов (в). На рисунке (а) стрелкой показан вектор поляризации включения. (Х\Х2Хт) - прямоугольная система координат, aí - полуоси сфероидального включения, т и 1 - т - объёмные концентрации компонентов [А8].

в протяжённой полимерной матрице, рисунок 1.2, б), а слоистые пьезокомпозиты - 2-2 (чередующиеся СПК и полимерные слои, протяжённые в двух направлениях, рисунок 1.2, в).

Так как и индекс а, и индекс Р могут независимо приниать одно из четырёх значений (0, 1,2 или 3), двухкомпонентные пьезокомпозиты описываются 4 =16 связностями. Это означает, что индексы а-Р имеют вид 0-0, 0-1, ... , 3-2, 3-3. Однако при условии, что а < Р или а > Р, число связностей «-компонентного композита равно (/? + 3)! / (3! п\) [5]. Для двухкомпонентных композитов (п = 2) число связностей равно 10.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Филиппов, Сергей Евгеньевич, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Хорошун, Л.П. Прогнозирование эффективных свойств пьезоактивных композитных материалов [Текст] / Л.П. Хорошун, Б.П. Маслов, П.В. Лещенко-Киев: Наук, думка, 1989 -208 е.: ил.

2. Topolov, V.Yu. Electromechanical properties in composites based on ferroelectrics [Text] / V.Yu. Topolov, C.R. Bowen.- London: Springer, 2009 - 202 p.: il.

3. Uchino, K. Ferroelectric devices [Text] / K. Uchino. - New York: Marcel Dekker Inc., 2000.-309 p.: il.

4. Piezoelectric and acoustic materials for transducer applications [Text] / Eds. A. Safari, E.K. Akdogan. - New York: Springer, 2008.- 481 p.: il.

5. Newnham, R.E. Connectivity and piezoelectric — pyroelectric composites [Text] / R.E. Newnham, D.P. Skinner, L.E. Cross // Mater. Res. Bull.- 1978.- Vol. 13, N5.-P. 525-536.

6. Zhao, H. A novel piezoelectric composite with spiral structure [Text] / H. Zhao, W. Ma, Q. Sun, L. Zhang // Mater. Lett.- 2013.- Vol. 93, N 1.- P. 118120.

7. Topolov, V.Yu. Analysis of the piezoelectric performance of modern 0-3-type composites based on relaxor-ferroelectric single crystals [Text] / V.Yu. Topolov, P. Bisegna, C.R. Bowen // Ferroelectrics - 2011— Vol. 413-P.176-191.

8. Gibiansky, L.V. On the use of homogenization theory to design optimal piezocomposites for hydrophone applications [Text] / L.V. Gibiansky, S. Toquato // J. Mech. Phys. Solids.- 1997.- Vol. 45, N 5.- P.689-708.

9. Nan, C.-W. Calculations of the effective properties of 1-3 type piezoelectric composites with various rod/fibre orientations [Text] / C.-W. Nan, L. Liu, D. Guo, L. Li // J. Phys. D: Appl. Phys.- 2000.- Vol. 33, N 22.- P. 2977-2984.

10. Banno, H. Piezoelectric and properties of composites of synthetic rubber and

РЬТЮз or PZT [Text] / H. Banno, S. Saito // Jap. J. Appl. Phys. - 1983. - Vol.22, Suppl. 2. - P.57-59.

11. Kar-Gupta, R. Electromechanical response of 1-3 piezoelectric composites: Effect of fiber shape [Text] / R. Kar-Gupta, C. Marcheselli, T. A. Venkatesh // J. Appl. Phys.- 2008.- Vol.104, N 2.- P.024105-17 p.

12. Chan, H.L.W. Simple model for piezoelectric ceramic / polymer 1-3 composites used in ultrasonic transducer applications [Text] / H.L.W. Chan, J. Unsworth // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelec., a. Freq. Contr- 1989 - Vol. 36, N 4.- P.434-441.

13. Nan, C.-W. Multiple-scattering approach to effective properties of piezoelectric composites [Text] / C.-W. Nan, F.S. Jin // Phys. Rev. В.- 1993.- Vol. 48, N 12.- P. 8578-8582.

14. Nelli Silva, E.C. Optimal design of piezoelectric microstructures [Text] / E.C. Nelli Silva, J.S. Ono Fonseca, N. Kikuchi // Comput. Mech.- 1997.- Vol. 19, N 5 — P. 397-^410.

15. Glushanin, S.V. Evolution of connectivity patterns and links between interfaces and piezoelectric properties of two-component composites [Text] S.V. Glushanin, V.Yu. Topolov // J. Phys. D: Appl. Phys.- 2002.- Vol. 35, N 16.-P. 2008-2014.

16. Лучанинов, А.Г. Пьезоэлектрический эффект в неполярных гетерогенных сегнетоэлектрических материалах [Текст].- Волгоград: ВолгГАСА, 2002 — 277 е.: ил.

17. Smay, J.E. Piezoelectric properties of 3-Х periodic Pb(ZrxTii_x)03 — polymer composites [Text] / J.E. Smay, J. Cesarano III, A.B. Tuttle, J.A. Lewis // J. Appl. Phys.-2002.- Vol. 92, N 10.-P. 6119-6127.

18. Takahashi, H. Property of composite ceramics composed of single crystals and ceramic matrix using hybrid sintering [Text] / H. Takahashi, S. Tukamoto, J. Qiu et al. // Jpn. J. Appl. Phys. Pt. 1.- 2003.- Vol. 42, N 9B.- P. 6055-6058.

19. Chan, H.L.W. Study on BaTi03/P(VDF-TrFE) 0-3 composites [Text] / H.L.W. Chan, M.C. Cheung, C.L. Choy // Ferroelectrics.- 1999.- Vol.224, NN 1-4.- P. 113-120.

20. Safari, A. Piezoelectric composites by solid freeform fabrication: A nature-inspired approach [Text] / Piezoelectricity. Evolution and future of a technology / Eds. W. Heywang, K. Lubitz, W. Wersing- Berlin, Heidelberg: Springer, 2008.- P.377-390.

21. Wilson, S.A. Structure modification of 0-3 piezoelectric ceramic/polymer composites through dielectrophoresis [Text] / S.A. Wilson, G.M. Maistros, R.W. Whatmore//J. Phys. D: Appl. Phys.- 2005.- Vol. 38, N 2.- P. 175-182.

22. Topolov, V.Yu. Piezo-active composites. Orientation effects and anisotropy factors [Text] / V.Yu. Topolov, P. Bisegna, C.R. Bowen - Berlin, Heidelberg: Springer, 2014.- 169 p.: il.

23. Kara, H. Porous PZT ceramics for receiving transducers [Text] / H. Kara, R. Ramesh, R. Stevens, C.R. Bowen // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelec., a. Freq. Contr.- 2003.- Vol. 50, N 3.- P. 289-296.

24. Ramesh, R. Finite element modelling of dense and porous piezoceramic disc hydrophones [Text] / R. Ramesh, H. Kara, C.R. Bowen // Ultrasonics - 2005-Vol.43, N 1.-P.173-181.

25. Kar-Gupta, R. Electromechanical response of piezoelectric composites:

Effects of geometric connectivity and grain size [Text] / R. Kar-Gupta, T.A. Venkatesh//Acta Mater.-2008.-Vol. 56, N 15.-P.3810-3823.

26. Kar-Gupta, R. Electromechanical response of porous piezoelectric materials: Effects of porosity distribution [Text] / R. Kar-Gupta, T.A. Venkatesh // Appl. Phys. Lett.-2007,-Vol. 91, N 6.-P.062904-3 p.

27. Topolov, V.Yu. Piezoelectric response of porous ceramic and composite materials based on Pb(Zr, Ti)03: Experiment and modelling [Text] / V.Yu. Topolov, S.V. Glushanin, C.R. Bowen // Adv. Appl. Ceram.- 2005.- Vol. 104, N 6.- P.300-305.

28. Воронцов, A.A. Особенности пьезоэффекта и пьезочувствительности пористых керамик и композитов на основе Pb(Zr, Ti)03 [Текст] / A.A. Воронцов, С.В. Глушанин, В.Ю. Тополов, А.Е. Панич // Перспективш задач! шженерно1 науки: 36ip. наук, праць / Пщ ред. В Л. Большакова. Вип. 5. - Дншропетровськ: Gaudeamus, 2003- С. 107-114.

29. Bosse, P.W. Effects of foam shape and porosity aspect ratio on the electrome -chanical properties of 3-3 piezoelectric foams [Text] / P.W. Bosse, K.S. Challagulla, T.A. Venkatesh // Acta Mater.- 2012.- Vol.60, N 19. - P.6464-6475.

30. Guo, R. Piezoelectric properties of the 1—3 type porous lead zirconate titanate ceramics [Text] / R. Guo, C.-A. Wang, A. Yang // J. Am. Ceram. Soc - 2011- Vol. 94, N6,- P.1794-1799.

31. Lang, S.B. Measurements of the thermal, dielectric, piezoelectric, pyro-electric and elastic properties of porous PZT samples [Text] / S.B. Lang, E. Ringgaard // Appl. Phys. A.-2012,-Vol.107, N 3. -P.631-638.

32. Liu, W. Effects of foam composition on the microstructure and piezoelectric properties of macroporous PZT ceramics from ultrastable particle-stabilized foams [Text] // Ceram. Internat.- 2013.- Vol. 39, N 8.- P. 8781-8787.

33. Liu, W. Effects of sintering behavior on piezoelectric properties of porous PZT ceramics [Text] / W. Liu, J. Xu, R. Lv et al. // Ceram. Internat.- 2014,- Vol.40, N IB. - P.2005-2010.

34. Liu, W. Processing and properties of porous PZT ceramics from particle-stabilized foams via gel casting [Text] / W. Liu, Y. Xu, Y. Wang // J. Am. Ceram. Soc-2013.- Vol.96, N 6.- P. 1827-1831.

35. Тополов, В.Ю. Влияние электромеханических взаимодействий на физические свойства сегнетоэлектриков [Текст] / В.Ю. Тополов, A.B. Турик // Изв. РАН. Сер. физ.—2001.-Т.65, N 8.- С. 1177-1180.

36. Желудев, И.С. Физика кристаллических диэлектриков [Текст].— М.: Наука, 1968.-464 е.: ил.

37. Гориш, A.B. Пьезоэлектрическое приборостроение [Текст] / A.B. Гориш, В.П. Дудкевич, М.Ф. Куприянов и др.— Т.1. Физика сегнетоэлектрической керамики-М.: Издат. предпр. ред. жур. «Радиотехника», 1999.-368 е.: ил.

38. Kar-Gupta, R. Electromechanical response of (2-2) layered piezoelectric composites [Text] / R. Kar-Gupta, T.A. Venkatesh // Smart Mater. Struct - 2013-Vol.22, N 2.- P.025035-14 p.

39. Соколкии, Ю.В. Электроупругость пьезокомпозитов с нерегулярными структурами [Текст] / Ю.В. Соколкин, A.A. Паньков - М.: Физматлит, 2003176 е.: ил.

40. Тополов, В.Ю. Электромеханические свойства сегнетопьезокерамик на основе оксидов семейства перовскита [Электронный ресурс] / В.Ю. Тополов, А.Е. Панич // Исследовано в России- 2008.- С.8-26. http:// zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2008/002.pdf

41. Huang, J.H. Electroelastic Eshelby tensors for an ellipsoidal piezoelectric inclusion [Text] / J.H. Huang, S. Yu. // Compos. Engin.- 1994.- Vol. 4, N 11,- P. 1169-1182.

42. Levin, V.M. The effective thermoelectroelastic properties of microinhomogeneous materials [Text] / V.M. Levin, M.I. Rakovskaja, W.S. Kreher // Internat. J. Solids Struct.- 1999.-Vol. 36, N 18.-P. 2683-2705.

43. Dunn, M.L. Micromechanics of coupled electroelastic composites: Effective thermal expansion and pyroelectric coefficients [Text] / M.L. Dunn // J. Appl. Phys.- 1993 .-Vol. 73, N 10.-P. 5131-5140.

44. Glushanin, S.V. Features of piezoelectric properties of 0-3 PbTi03-type ceramic / polymer composites [Text] / S.V. Glushanin, V.Yu. Topolov, A.V. Krivoruchko // Mater. Chem. Phys.- 2006.- Vol. 97, NN 2-3.- P. 357-364.

45. Dunn, M.L. Effects of grain shape anisotropy, porosity, and microcracks on the elastic and dielectric constants of polycrystalline piezoelectric ceramics [Text] / M.L. Dunn//J. Appl. Phys.- 1995.-Vol. 78, N3.-P. 1533-1541.

46. Dunn, M.L. Multiple-scale micromechanics of heterogeneous piezoelectric media:

defects, ceramics, and composites [Text] / M.L. Dunn, Ы.А. Wienecke, J.Y. Li // Proc. First US - Japan Workshop on Smart Materials and Structures, Warrendale, 1996 / Ed. K. Inoue, S.I.Y. Shen, M. Taya - Warrendale: The Minerals, Metals & Materials Society, 1997.-P. 203-215.

47. Nan, C.-W. Effective-medium theory of piezoelectric composites [Text] // J. Appl. Phys.- 1994,- Vol. 76, N 2.- P. 1155-1163.

48. Topolov, V.Yu. Electromechanical coupling factors of novel 0-3-0 composites based on PMN-xPT single crystals [Text] / V. Yu. Topolov, C. R. Bowen, P. Bisegna//Ferroelectrics.-2011.-Vol. 422.-P.40-43.

49. Topolov, V.Yu. Features of electromechanical properties of 1-3 composites

based on РЬТЮз-type ceramics [Text] / V.Yu. Topolov, P. Bisegna, A.V. Krivoruchko // J. Phys. D: Appl. Phys.- 2008.- Vol. 41, N 3.-P.035406-8 p.

50. Fakri, N. Electroelastic behavior modeling of piezoelectric composite materials containing spatially oriented reinforcements [Text] / N. Fakri, L. Azrar, L. El Bakkali // Internat. J. Solids Struct.- 2003.- Vol.40, N 2.- P.361-384.

51. Trcsslcr, J.F. Functional composites for sensors, actuators and transducers [Text] / J.F. Tressler, S. Alkoy, A. Dogan et al. // Composites: Pt. A.- 1999.- Vol. 30.-P.477-482.

52. Nagara, H. Пат. 6538363 США. Method of manufacturing a piezoelectric element / H.Nagara (Япония), T.Sato (Япония), A.Adachi (Япония); Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (Япония). Заяв. 28.09.00; Опубл. 25.03.03. - 3 е., 11л. ил.; Приоритет 28.03.02; http://www.uspto.gov.

53. Гуреев, Д.М. Исследование условий селективного лазерного спекания керамических порошковых материалов системы цирконата-титаната свинца [Текст] / Д.М. Гуреев, Р.В. Ружечко, И.В. Шишковский // Письма ЖТФ-2000,- Т. 26, N 6.-С.84-89.

54. Safari, A. Solid freeform fabrication of novel piezoelectric ceramics and composites for transducer applications [Text] / A. Safari, S.C. Danforth //

Ferroelectrics- 1999.-Vol. 231, NN 1-4.-P. 143-157.

55. Shcrrit, S. РсСЗ 0-3 piezoelectric-glass composites [Text] / S. Sherrit, H.D. Wiederick, B.K. Mukherjee et al. // Ferroelectrics.- 1992.-Vol. 134.-NN 1-4.-P.65-69.

56. Tajima, K. PZT nanocomposites reinforced by small amount of oxides [Text] / K. Tajima, H.J. Hwang, M. Sando, K. Niihara // J. Europ. Ceram. Soc- 1999.-Vol. 19, NN 6-7,-P. 1179-1182.

57. Chen, T.-Y. Doping effect of SiC>2 on the dielectric and piezoelectric properties of PbTi03-based ceramics and its SAW applications [Text] / T.-Y. Chen, S.-Y. Chu, C.-K. Cheng // Integr. Ferroelectrics.- 2005.- Vol. 69, NN 1-4.- P. 65-72.

58. Греков, A.A. Эффективные свойства трансверсально-изотропного пьезокомпозита с цилиндрическими включениями [Текст] / А.А. Греков, С.О. Крамаров, А.А. Куприенко // Механика композит, матер — 1989 - N 1-С.62-69.

59. Akdogan, Е.К. Piezoelectric composites for sensor and actuator applications [Text] / E.K. Akdogan, M. Allahverdi, A. Safari // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelec., a. Freq. Contr.- 2005.- Vol. 52, N 5.- P.746-775.

60. Taunaumang, H. Electromechanical properties of 1-3 piezoelectric ceramic / piezoelectric polymer composites [Text] / H. Taunaumang, I.L. Guy, H.L.W. Chan // J. Appl. Phys.- 1994,-Vol. 76, N 1,- P.484-489.

61. Cheng, K.C. Single crystal PMN-0.33PT / epoxy 1-3 composites for ultrasonic transducer applications [Text] / K.C. Cheng, H.L.W. Chan, C.L. Choy et al. // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelec., a. Freq. Control.- 2003.- Vol.50, N 9.- P.l 1771183.

62. Ren, K. Single crystal PMN-PT / epoxy 1-3 composite for energy-harvesting application [Text] / K. Ren, Y. Liu, X. Geng et al. // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelec., a. Freq. Contr.-2006.-Vol. 53, N 3.-P.631-638.

63. Wang, F. Single crystal 0.7Pb(Mg,/3^2/3 )03 - 0.3PbTiQ3 epoxy 1-3

piezoelectric composites prepared by the lamination technique [Text] / F. Wang, C. He, Y. Tang // Mater. Chem. Phys.- 2007.- Vol. 105, NN 2-3.-P.273-277.

64. Topolov, V.Yu. Anisotropic piezoelectric properties of 1-3 ceramic / polymer composites comprising rods with elliptic cross section [Text] / V.Yu. Topolov, P. Bisegna // J. Electrocer.- 2010.- Vol. 25, N 1.- P.26-37.

65. Криворучко, A.B. Прогнозирование гидростатического пьезоэлектрического отклика анизотропных 1-3-композитов «сегнетопьезокерамика — полимер» [Текст] / A.B. Криворучко, В.Ю. Тополов // Нано- и микросист. техника.- 2006.- N 7.- С.35-39.

66. Тополов, В.Ю. Анизотропия пьезоэлектрических свойств и гидростатический отклик 1-3-композитов «сегнетопьезокерамика - полимер» со стержнями в форме эллиптического цилиндра [Текст] / В.Ю. Тополов, П. Бизенья, A.B. Криворучко // Тр. VI Междунар. науч.-техн. конф. «Инновационные процессы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий».22-26 сент. 2008 г., г. Анапа-Ростов н/Д, 2008 - С.70-73.

67. Topolov, V.Yu. Orientation effects in 1-3 composites based on 0.93Pb(Zni/3Nb2/3)03-0.07PbTi03 single crystals [Text] / V.Yu. Topolov, A.V. Krivoruchko, P. Bisegna, C.R. Bowen // Ferroelectrics- 2008- Vol. 376-P.140-152.

68. Тополов, В.Ю. О повышении гидростатической чувствительности трехкомпонентных пьезокомпозитов [Текст] / В.Ю. Тополов, A.B. Турик // Письма ЖТФ.- 2001.- Т.27, № 2.- С.84-89.

69. Тополов, В.Ю. Пористые пьезокомпозиты с экстремально высокими параметрами приема [Текст] / В.Ю. Тополов, A.B. Турик // ЖТФ. — 2001 — Т.71, № 9 — С.26-32.

70. Mendiola, J. Review of recent work on ferroelectric composite systems [Text] / J. Mendiola, B. Jimenez//Ferroelectrics.- 1984.-Vol. 53, NN 1-4,-P. 159-166.

71. Gibiansky, L.V. Optimal design of 1-3 composite piezoelectrics [Text] /

L.V. Gibiansky, S. Torquato // Struct. Optimization.- 1997.- Vol. 13, N 1.- P. 2330.

72. Высокоэффективные пьезокерамические материалы [Текст]: справочник / А.Я. Данцигер, О.Н. Разумовская, J1.A. Резниченко [и др.].- Ростов н/Д, 1994.-32 с.

73. Ikegami, S. Electromechanical properties of РЬТЮз ceramics containing La and Mn [Text] / S. Ikegami, I. Ueda, T. Nagata // J. Acoust. Soc. Am. - 1971.- Vol.50, N4, Pt 1.-P. 1060-1066.

74. Topolov, V.Yu. Problem of piezoelectric sensitivity of 1-3-type composites based on ferroelectric ceramics [Text] / V.Yu. Topolov, A.E. Panich // Ferroelectrics— 2009,- Vol.392.- P. 107-119.

75. Глушанин, C.B. Нетривиальное поведение пьезокоэффициентов 0-3-композитов «керамика модифицированного РЬТЮз ~ полимер» [Текст] / С.В. Глушанин, В.Ю. Тополов, A.B. Криворучко // Письма ЖТФ- 2004 — Т.ЗО, № 20 — С.69-75.

76. Choy, S.H. Study of 1-3 PZT fibre / epoxy composites with low volume fraction of ceramics [Text] / S.H. Choy, H.L.W. Chan, M.W. Ng, P.C.K. Liu // Integr. Ferroelectrics.- 2004.- Vol.63.- P. 109-115.

77. Haun, M.J. An experimental and theoretical study of 1—3 and 1-3-0 piezoelectric PZT-polymer composites for hydrophone applications [Text] / M.J. Haun, R.E. Newnham // Ferroelectrics.- 1986.- Vol.68.- P. 123-139.

78. Rittenmyer, K. Piezoelectric 3-3 composites [Text] / K. Rittenmyer, T. Shrout, W.A. Schulze, R.E. Newnham // Ferroelectrics.- 1982.- Vol.41.- P. 189-195.

79. Лопатин, C.C. Свойства пористой пьезоэлектрической керамики типа цирконата-титаната свинца [Текст] / С.С. Лопатин, Т.Г. Лупейко // Неорг. матер.- 1991.- Т.27, N 9.- С.1948-1951.

80. Kar-Gupta, R. Electromechanical response of porous piezoelectric materials [Text] / R. Kar-Gupta, T.A. Venkatesh // Acta Mater.- 2006.- Vol.54, N 15.-P.4063-4078.

81. Kara, H. Interpenetrating PZT / polymer composites for hydrophones: models and experiments [Text] / H. Kara, A. Perry, R. Stevens, C.R. Bowen // Ferroelectrics.-2002,- Vol.265.- P.317-332.

82. Praveen Kumar, B. Study on pore-forming agents in processing of porous piezoceramics [Text] / B. Praveen Kumar, H.H. Kumar, D.K. Kharat // J. Mater. Sei.: Mater. Electron.-2005.-Vol.16, N 10.-P.681-686.

83. Praveenkumar, B. Study on microstructure, piezoelectric and dielectric properties of 3-3 porous PZT composites [Text] / B. Praveenkumar, H.H. Kumar, D.K. Kharat//J. Mater. Sei.: Mater. Electron.-2006.-Vol.17,N 7,-P.515-518.

84. Zeng, T. The effects of sintering behavior on piezoelectric properties of porous PZT ceramics for hydrophone application [Text] / T. Zeng, X.L. Dong, H. Chen, Y.L. Wang // Mater. Sei. Engin. B.- 2006,- Vol.131, NN 1-2.- P. 181185.

85. Levassort, F. Fabrication, modelling and use of porous ceramics for ultrasonic transducer applications [Text] / F. Levassort, J. Hole, E. Ringgaard et al. // J. Electrocer.-2007.-Vol.19, N 1,-P. 127-139.

86. Guo, R. Effects of pore size and orientation on dielectric and piezoelectric properties of 1-3 type porous PZT ceramics [Text] / R. Guo, C.-A. Wang, A. Yang // J. Europ. Cer. Soc.- 2011.- Vol.31, N 4.- P. 605-609.

87. Bowen, C.R. Piezoelectric sensitivity of PbTiC>3-based ceramic / polymer composites with 0-3 and 3-3 connectivity [Text] / C.R. Bowen, V.Yu. Topolov // Acta Mater.- 2003.- Vol.51, N 17.- P.4965-4976.

88. Newnham, R.E. Molecular mechanisms in smart materials [Text] // MRS Bulletin.- 1997.- Vol.22, N 5.- P.20-34.

89. Dunn, M.L. Electromechanical properties of porous piezoelectric ceramics [Text] / M.L. Dunn. M. Taya // J. Amer. Cer. Soc.- 1993.- Vol. 76, N 7.- P.1697-1706.

90. Свердлин, Г.М. Прикладная гидроакустика - JL: Судостроение, 1990320 е.: ил.

91. Bezus, S.V. High-performance 1-3-type composites based on (1 — x)Pb(AI/3Nb2/3)Ti03 - хРЬТЮ3 single crystals (A = Mg, Nb) [Text] / S.V. Bezus, V.Yu. Topolov, C.R. Bowen // J. Phys. D: Appl. Phys.- 2006.- Vol.39, N 9-P.1919-1925.

92. Chaipanich, A. Dielectric and piezoelectric properties of PZT - silica fume cement composites [Text] // Curr. Appl. Phys.- 2007.- Vol.7, N 5.- P.532-536.

93. Li, Z. Cement-based 0-3 piezoelectric composites [Text] / Z. Li, D. Zhang, K. Wu // J. Am. Ceram. Soc.- 2002.- Vol. 85, N 2.- P.305-313.

94. Huang, S. Piezoelectric properties of 0-3 PZT/sulfoaluminate cement composites [Text] / S. Huang, J. Chang, R. Xu et al. // Smart Mater. Struct.- 2004.- Vol.13, N 2.- P.270-274.

95. Dong, B. Cement-based piezoelectric ceramic composites [Text] / B. Dong, Z. Li // Сотр. Sci. Tech.- 2005.-Vol.65, N 9.- P.1363-1371.

96. Bowles, J.E. Foundation analysis and design [Text].- New York: McGraw-Hill, 1996.-350 p.: il.

97. Балкевич, В.Л. Техническая керамика [Текст].- М.: Стройиздат,1984 — 256 е.: ил.

98. Ikeda, Т. Fundamentals of piezoelectricity [Text].- Oxford, New York, Toronto: Oxford University Press, 1990.- 230 p.: il.

99. Янчич, B.B. Пьезоэлектрические виброизмерительные преобразователи (акселерометры) [Текст].- Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2010 - 304 е.: ил.

100. Sherman, С.Н. Transducers and arrays for underwater sound [Text] / C.H. Sherman, J.L. Butler.-New York: Springer, 2007 - 610 p.: il.

101. Kim, H. Piezoelectric energy harvesting [Text] / H. Kim, Y. Tadesse, S. Priya // Energy harvesting technologies / Eds. S. Priya, D.J. Inman - New York: Springer, 2009.-P.3-39.

102. Priya, S. Criterion for material selection in design of bulk piezoelectric energy harvesters [Text] // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelec., a. Freq. Contr- 2010 - Vol. 57, N 12.- P.2610-2612.

103. Jayendiran, R. Temperature-dependent ferroelectric switching of 1-3 type piezocomposites: an experimental and theoretical study [Text] / R. Jayendiran, A. Arockiarajan // Acta Mech.- 2014 - Vol. 225, N 2,- P.397^111.

ПРИЛОЖЕНИЕ А - СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО

ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

А1. Тополов, В.Ю. Пьезоэффект и анизотропия электромеханических свойств новых 1-0-3-композитов на основе сегнетопьезокерамики [Текст] / В.Ю. Тополов, С.Е. Филиппов, А.А. Воронцов // Нано- и микросист. техника.- 2011.- N 9.- С. 13-19.

А2. Topolov, V.Yu. Novel high-sensitivity composites based on ferroelectric ceramics [Text] / V.Yu. Topolov, C.R. Bowen, S.E. Filippov // Integr. Ferroelectrics.- 2011 -Vol. 133.-P.91-95.

A3. Topolov, V.Yu. High performance of novel 1-3-type composites based on ferroelectric PZT-type ceramics [Text] / V.Yu. Topolov, C.R. Bowen, S.E. Filippov // Ferroelectrics.- 2012.- Vol. 430.- P.92-97.

A4. Тополов, В.Ю. Особенности пьезоэлектрической анизотропии и гидростатического отклика пористых керамик типа ЦТС [Текст] / В.Ю. Тополов, С.Е. Филиппов, А.А. Воронцов // Нано- и микросист. техника.-2013,-N 8.-С.26-30.

А5. Topolov, V.Yu. Highly anisotropic 1-3-0 composites based on ferroelectric ceramics [Text] / V.Yu. Topolov, S.E. Filippov, A.E. Panich, E.A. Panich // Ferroelectrics.- 2014.- Vol. 460.- P. 123-137.

A6. Filippov, S.E. Microgeometry, piezoelectric sensitivity and anisotropy of properties in porous materials based on Pb(Zr, Ti)03 [Text] / S.E. Filippov, A.A. Vorontsov, O.E. Brill, V.Yu. Topolov // Functional Mater. Lett - 2014 - Vol. 7, N3.-P. 1450029-6 p.

A7. Filippov, S.E. Features of the piezoelectric effect in a novel PZT-type ceramic/clay composite [Text] / S.E. Filippov, A.A. Vorontsov, V.Yu. Topolov, O.E. Brill, P. Bisegna, A.E. Panich // Ferroelectrics Lett.Sec- 2014- Vol.41, NN 4-6-P.82-88.

А8. Topolov, V.Yu. The piezoelectric performance and anisotropy factors of modern three-component composites [Text] / V.Yu. Topolov, C.R. Bowen, P. Bisegna, S.E. Filippov // Nano- and piezoelectric technologies, materials and devices / Ed. I. A. Parinov- New York: Nova Sei. Publ., 2013.-P.51-78. A9. Воронцов, A.A. Пьезоэлектрическая анизотропия и эффективные параметры пористых композитов на основе сегнетопьезокерамики ЦТС-19 [Текст] /

A.A. Воронцов, С.Е. Филиппов, В.Ю. Тополов // Сб. тр. VIII Всерос. науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения». 10-15 сент. 2012 г. г.Ростов-на-Дону-Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2012.- С.24-26.

АЮ.Тополов, В.Ю. Пьезоэлектрические характеристики и факторы анизотропии новых трёхкомпонентных сегнетоактивных композитов [Текст] /

B.Ю. Тополов, K.P. Бауэн, П. Бизенья, С.Е. Филиппов // Сб. тр. Междунар. молодёж. науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения». 23-27 сент. 2013 г. г. Анапа - Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2013.- С.40-42.

Al 1.Филиппов, С.Е. Пьезочувствительность и пьезоэлектрическая анизотропия пористых композитных материалов на основе Pb(Zr, Ti)03 [Текст] /

C.Е. Филиппов, A.A. Воронцов, В.Ю. Тополов, O.E. Брыль // Сб. тр. Междунар. молодёж. науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения». 23-27 сент. 2013 г. г. Анапа-Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2013.- С.43-45.

Al2.Тополов, В.Ю. Взаимосвязи «микрогеометрия — факторы анизотропии» в высокоанизотропных 1—3-0-композитах на основе сегнетопьезокерамики типа ЦТС [Текст] / В.Ю. Тополов, С.Е. Филиппов, А.Е. Панич, Е.А. Панич // Сб. тр. Междунар. молодёж. науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения». 23-27 сент. 2013 г. г. Анапа-Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2013.- С.46^18.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б - ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ КОМПОНЕНТОВ ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ

Таблица П.2.1 — Модули упругости сЕ (в Ю10 Па), пьезокоэффициенты е (в Кл/м2) и относительные диэлектрические проницаемости е^I £0 перовскитовых СПК при комнатной температуре [1,2, 22, 40, 72]

СПК 4 СЕ 12 СЕ Чз сзз СЕ С-44 е31 езз е\5 Б\ \! £о £зз! £о

ПКР-1 16,0 10,1 9,6 13,3 2,58 -3,7 11,1 10,8 570 300

ПКР-7 12,5 8,4 8,1 12,1 2,36 -9,0 28,3 17,9 1430 1350

ПКР-7М 13,3 9,2 9,1 12,5 2,28 -9,5 31,1 20,0 1980 1810

ПКР-8 14,4 8,5 7,7 11,6 2,83 -7,5 13,6 11,6 830 740

ПКР-73 17,3 13,3 12,5 14,4 2,29 -9,1 29,2 22,4 2220 2380

ПКР-62 12,7 4,5 8,0 11,3 4,70 -6,6 8,9 6,0 560 590

Ргт-5А 12,1 7,54 7,52 11,1 2,11 -5,4 15,8 12,3 916 830

?гТ-7А 14,8 7,62 7,42 13,1 2,53 -2,10 9,50 9,3 450 235

Р2Т-5Н 12,6 7,95 8,41 11,7 2,30 -6,55 23,3 17,0 1700 1470

ЦТС-19 10,9 6,1 5Д 9,3 2,4 -4,9 14,9 10,6 820 840

Модифицированный РЬТЮ3 14,33 3,221 2,417 13,16 5,59 0,459 6,50 2,96 212 133

Примечание. СПК (поляризованная сегнетокерамика) характеризуется симметрией оотт, а её модуль упругости с66 удовлетворяет соотношению с66=0,5(с*-с*)[36,ЗТ\.

Таблица П.2.2 - Модули упругости с (в 1010 Па) и относительные диэлектрические проницаемости е / £0 полимеров при комнатной температуре [22]

Полимер сц с 12 с44 £

Аральдит 0,78 0,44 0,68 4,0

Полиуретан 0,44 0,26 0,36 3,5

Эластомер 0,11 0,09 0,04 5,0

ПРИЛОЖЕНИЕ В-СВЕДЕНИЯ ОБ АПРОБАЦИИ ДИССЕРТАЦИОННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Награждается

*Филиппов Сергей Евгеньевич

за I место

в конкурсе молодых ученых на лучший стендовый доклад

международной молодежной научно-технической конференции «Актуальные проблемы пьезоэлектрического

приборостроения»

Председатель конк комиссии, д.тлг.

А.А. Пани1

г. Анапа 2013 г.

ПРИЛОЖЕНИЕ Г - МАССОВЫЕ СООТНОШЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ КОМПОЗИТА «СЕГНЕТОПЬЕЗОКЕРАМИКА

ЦТС-19 - ГЛИНА»

В таблице П 4.1 приводятся примеры расчётных значений массовых процентов и масс компонентов композита «СПК ЦТС-19 - глина». Результаты исследования данного композита приведены и обсуждены в главе 4 диссертации.

Таблица П 4.1 - Массовые соотношения СПК ЦТС-19 и глины при изготовлении пьезокомпозита

Материал Плот- Объём- Масса, Массовый Итоговая

ность ная 10"3 кг процент масса

Р, ю3 концен- (в 1 см3) (% в 1 см3) т„ 10" кг

кг / м3 трация,

%

СПК 5,96 95 5,66 98,43 13,92

Глина 1,80 5 0,09 1,57 0,22

СПК+ Глина — 100 5,75 100 14,14

СПК 5,96 90 5,36 96,75 13,20

Глина 1,80 10 0,18 3,25 0,44

СПК+ Глина — 100 5,54 100 13,64

СПК 5,96 85 5,07 94,94 12,46

Глина 1,80 15 0,27 5,06 0,66

СПК+ Глина — 100 5,34 100 13,12

СПК 5,96 80 4,77 92,98 11,73

Глина 1,80 20 0,36 7,02 0,88

Таблица П 4.1 (продолжение)

СПК+ Глина 100 5,13 100 12,61

СПК 5.96 75 4,47 90,85 11,00

Глина 1,80 25 0,45 9,15 1,11

СПК+ Глина — 100 4,92 100 12,11

СПК 5,96 70 4,17 88,54 10,26

Глина 1,80 30 0,54 11,46 1,33

СПК+ Глина — 100 4,71 100 11,59

СПК 5,96 65 3,87 86,01 9,53

Глина 1,80 35 0,63 13,99 1,55

СПК+ Глина — 100 4,50 100 11,08

СПК 5,96 60 3,58 83,24 8,80

Глина 1,80 40 0,72 16,76 1,75

СПК+ Глина — 100 4,21 100 10,55

СПК 5,96 55 3,28 80,19 8,06

Глина 1,80 45 0,81 19,81 1,99

СПК+ Глина — 100 4,09 100 10,05

СПК 5,96 50 2,98 76,80 7,33

Глина 1,80 50 0,90 23,20 2,21

СПК+ Глина — 100 3,88 100 9,54

СПК 5,96 99 5,90 99,70 14,51

Глина 1,80 1 0,018 0,30 0,044

СПК+ Глина — 100 5,92 100 14,55

СПК 5,96 98 5,84 99,39 14,37

Таблица П 4.1 (продолжение)

Глина 1,80 2 0,036 0,61 0,089

СПК+ Глина — 100 5,88 100 18,459

СП К 5,96 97 5,78 99,07 14,22

Глина 1,80 3 0,054 0,93 0,133

СПК+ Глина — 100 5,83 100 14,353

СПК 5,96 96 5,72 98,76 14,07

Глина 1,80 4 0,072 1,24 0,177

СПК+ Глина 100 5,79 100 14,247

СПК 5.96 95 5,66 98,43 13,92

Глина 1,80 5 0,09 1,57 0,22

СПК+ Глина — 100 5,75 100 14,14

ПРИЛОЖЕНИЕ Д - ЭФФЕКТИВНЫЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ЦТС-19

В таблице П 5.1 для сравнения приводятся концентрационные зависимости пьезокоэффициентов d* и g'j 1-3- и 0-3-композитов «СПК ЦТС-19 - глина».

Предполагается, что СПК включения имеют форму либо вытянутых цилиндров (рисунок 1.2, б), либо вытянутых сфероидов (рисунок 1.2, а) с осью поляризации, параллельной оси ОХ3. Центры оснований цилиндрических включений находятся в вершинах квадратов, если их рассматривать в плоскости (Х\ОХ2), а центры сфероидальных включений находятся в вершинах прямоугольных параллелепипедов. Объёмная концентрация СПК равна т.

Расчёты проведены с помощью метода конечных элементов (совместно с проф. Бизенья П., Университет Рима «Тор Вергата», Италия) и с помощью метода эффективного поля (см. работы [2, 42, 43] и формулу (2.1)). Репрезентативная элементарная ячейка 0-3-композита в методе конечных элементов представлена на рисунке 4.4. В случаях вытянутых СПК включений в широком концентрационном интервале наблюдается хорошее согласие между расчётными данными (см. таблицу П 5.1), полученными с помощью вышеупомянутых методов. Сравнение свойств 1-3- и 0-3-композитов при т = const показывает, что переход к изолированным включениям (рисунок 1.2, а) приводит к заметному снижению пьезоактивности композита и в меньшей степени влияет на его пьезочувствительность и пьезоэлектрическую анизотропию.

Таблица П 5.1 - Пьезомодули г/* (в пКл / Н) и пьезокоэффициенты (в

мВ'м / Н) 1-3- и 0-3-композитов «СГПС ЦТС-19 - глина» со сфероидальными включениями

т Метод конечных элементов Метод эффективного поля

<4 ^31 £зз 4 4 £з*з £з\

1—3-композит

0,01 187 -41 >7 1040 -231 194 -44,6 1060 -244

0,05 270 -60,5 389 -90,8 276 -62,7 393 -88,9

0,10 285 -70,1 212 -52,2 291 -72,1 214 -53,0

0,20 294 -78,8 111 -29,8 300 -80,9 112 -30,2

0,30 297 -85,7 75,2 -21,7 303 -87,4 75,7 -21,8

0,40 298 -91.8 56.8 -17,5 304 -93,3 57,2 -17,6

0,50 299 -97,4 45,7 -14,9 305 -99,1 46,0 -14,9

0,70 300 -109 32,8 -11,9 306 -111 33,0 -12,0

0-3-композит при отношении длин полуосей сфероида р = 0,1

0,01 6,97 -1,69 77,6 -18,8 6,83 -1,77 76,8 -16,5

0,05 11,3 -3,04 86,7 -23,4 11,2 -2,89 85,2 -22,0

0,10 12,6 -3,64 74,6 -21,6 12,4 -3,51 79.7 -20,9

0,20 14,7 -4,58 59,9 -18,6 14,4 -4,34 58,5 -17,6

0,30 17,5 -5,57 51,5 -16,4 17,2 -5,41 50,3 -15,8

0,40 23,1 -7,27 46,7 -14,7 22,5 -7,02 45.9 -14,3

0,50 37,0 -10,5 45,6 -12,9 36,2 -10,2 44,9 -12,7

ПРИЛОЖЕНИЕ Е - СВЕДЕНИЯ О ПРАКТИЧЕСКОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ

РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИИ

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Научное конструкторско-технологическос бюро «Пьезоэлектрического приборостроения» (НКТБ «Пьезоприбор» ЮФУ)

ул. МшшчаковаДО, г. Ростов-на-Дону, 344090

тел.: [phone]; факс: [phone]; e-mail: [e-mail]; http://www.piezo.sfedu.ru

Ъ&. Sc. №

11а № от

СПРАВКА

о практическом использовании результатов диссертационного исследования

Настоящая справка выдана Филиппову Сергею Евгеньевичу в том, что научные результаты его кандидатской диссертации «Пьезокомпозиционные материалы на основе сегнетокерамики для устройств электронной техники» (специальность 05.27.06 — Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники) использовались при выработке практических рекомендаций по созданию и дальнейшему исследованию новых пьезоактивных материалов с прогнозируемыми параметрами в ходе выполнения научно-исследовательской работы по следующим госбюджетным темам Южного федерального университета.

1. НИР № 11.1.11 НомерРК. 101201251314

Тема «Влияние механо-химических методов синтеза на микроструктуру и функциональные параметры пьезоэлектрических керамик на основе цирконата-титаната свинца» выполнена в рамках Государственного задания 2011.

2. НИР № 3.5294.2011 Номер РК. 101201270253

Тема «Влияние механо-химических методов синтеза на микроструктуру и функциональные параметры пьезоэлектрических керамик на основе цирконата-титаната свинца» выполнена в рамках Государственного задания 2012-2014

3. НИР: 213.01-24/2013-115 от 30.04.2013 г. Номер РК 01201367834 Тема «Разработка методов управления электрофизическими и механическими параметрами анизотропных пьезоматериалов, базирующихся на изменении структурирования их нано-, мезо- и микроуровней, осуществляемого в рамках

низкотемпературных технологий синтеза порошков пьезофаз и спекания пьезокерамики»

выполнялась в рамках Программы развития Южного федерального университета.

В частности, в отчётах по вышеуказанным НИР отражены следующие журнальные публикации Филиппова С.Е.

Пьезоэффект и анизотропия электромеханических свойств новых 1-0-3-композитов на основе сегнетопьезокерамики / В.Ю. Тополов, С.Е. Филиппов, А. А. Воронцов // Нано- и микросист. техника — 2011 — N 9 — С.13—19.

Highly anisotropic 1-3-0 composites based on ferroelectric ceramics / V.Yu. Topolov, S.E. Filippov, A.E. Panich, E.A. Panich//Ferroelectrics.-2014-Vol. 460-P. 123-137.

Справка выдана для представления в Диссертационный Совет по техническим наукам (специальность 05.27.06).

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное I оеударсч венное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский рад и офизи ч сски й институт»

(ФГБНУ НИРФИ) Большая Печерскдя >л , д. 25/12а, Нижний Новгород, 603950 Ге.1 <ХЗ 1) 436-72-94. Факс (831) 4 >6-99-02 С-таП: [e-mail] http://www.nirfi.sci-nnov.ru ОКНО 02070068. ОГРН 1025203042006, ИНН-КПП 5260001164,'526001001

Настоящим сообщаем, что в изделиях, выпускаемых ФГБНУ НИРФИ, «Акустический преобразователь. АТЛП» НЛМС.433633.001 используются пьезокерамические элементы, изготовленные НКТБ «Пьезоприбор» ЮФУ, по пористо-керамической технологии, предложенной в работе С.Е. Филиппова. Преобразователи АТАП поставляю! ся для комплектования датчиков акустических уровнемеров, предназначенных для использования на АЭС.

IП.ОЧ^ШГх«-

На Л»

от

А.В. Рахлин

нсп. Касьянов Д.А., тел. [phone], моб. гел -79519185349

faculty ot

Engineenng S Design

Щйч UNIVERSITY OF

I BATH

Bath BA2 7AY • United Kingdom

Prof. Christopher R Bowen

Professor in Materials Mechanical Engineering Telephone [phone] E-mail c.r.bowen@bath ac uk

Bath, June 4th, 2014

To the Dissertation Council / Technical Sciences Subject: Cited paper

Dear Chairman,

Dear Scientific Secretary,

as authors of the new monograph 'Modern Piezoelectric Energy-Harvesting Materials' to be published in ''Springer Series in Materials Science'' (Berlin, Heidelberg: Springer, 2015) in accordance with the Publishing Agreement signed by the authors and representatives from 'Springer International Publishing AG' in April 2014, ID: B7B9E113-721D-49AA-B63E-79BFFC29731D, Order number 86366413, we confirm that the following paper related to publications on the Cand. Sci. thesis by Mr S. E. Filippov (Southern Federal University, Russian Federation) is cited in the aforementioned monograph:

Topolov VYu, Filippov SE, Panich AE, Panich EA, (2014) Highly anisotropic 1-3-0 composites based on ferroelectric ceramics- Microgeometry - volume-fraction relations. Ferroelectrics 460:123-137.

The citation is given in Section 2.6.1 'Porous Composites Based on Ferroelectric Ceramics' of Chapter 2 'Electromechanical Coupling Factors and Their Anisotropy in Piezoelectric and Ferroelectric Materials' of the monograph ''Modern Piezoelectric Energy-Harvesting Materials'.

Regards.

ПОДПИСЬ I УДОСТОВЕРЯЮ j

Bath BA2 7AY

Prof. Dr Christopher R. Bowen Professor in Materials ERC Advanced Investigator

Department of Mechanical Engineering

Faculty of Engineering and Design University of Bath

United Kingdom

Prof. Dr Vitaly Yu. Topolov Professor, Dr Sei. (Phys. & Math.)

Department of Physics Southern Federal University

5 Zorge street

344090 - Rostov-on-Don, 90 Russian Federation

6 Visiting Professor

Department of Mechanical Engineering Faculty of Engineering and Design University of Bath Bath BA2 7AY United Kingdom

"Жх> hjouuoAo ß-tö

Факультет инженерных наук и дизайна - Университет Бата

Бат ВА2 7AY • Соединенное Королевство Проф. Кристофер Р. Бауэн Профессор в области материалов Механический инжиниринг Телефон [phone] Электронная почта [e-mail]

Бат, 4 июня 2014 г.

В Диссертационный совет но техническим наукам Тема: Цитированная статья

Уважаемый председатель, Уважаемый учёный секретарь,

как авторы новой монографии "Современные пьезоэлектрические энергосберегающие материалы", готовящейся к опубликованию в "Шпрингеровской материаловедческой серии" (Берлин, Гейдельберг: Шпрингер, 2015) в соответствии с Издательским соглашением, подписанным авторами и представителями "Шпрингер Интернэйшенел Паблишинг АГ" в апреле 2014 г., идентификационный номер В7В9Е113-721D-49AA-B63E-79BFFC29731D, порядковый номер 86366413, мы подтверждаем, что в вышеупомянутой монографии цитируется следующая статья, относящаяся к публикациям по кандидатской диссертации С.Е, Филиппова (Южный федеральный университет, Российская Федерация):

Тополов В.Ю., Филиппов С.Е., Панич А.Е., Панич Е.А. (2014) Высокоанизотропные 1-3-0-композиты на основе сегнетокерамики: связи между микрогеометрией и обт.емной концентрацией. Ферроэлектрикс 460:123-137.

Цитирование приводится в секции 2.6.1 "Пористые композиты на основе сегнетокераиик" главы 2 "Коэффициенты электромеханической связи и их анизотропия в пьезоэлектрических и сегнетоэлектрических материалах" монографии "Современные пьезоэлектрические энергосберегающие материалы".

С уважением. [Подпись]

Проф. Д-р Кристофер Р. Пауэн Профессор в области материалов

Прогрессивный исследователь по линии Европейского исследовательского совета

Департамент механического инжиниринга

Факультет инженерных наук и дизайна

Университет Бата Бат ВА2 7AY Соединенное Королевство

ЛОООЙС^

Проф. Д-р Виталий Ю. Тополов3-Профессор, доктор физ.-мат. наук

Физический факультет Южный федеральный университет ул. Зорге, 5

344090 - Ростов-на-Дону, 90 Российская Федерация и Визит-профессор Департамент механического инжиниринга

Факультет инженерных наук и дизайна

Университет Бата Бат ВА2 7AY Соединенное Королевство

ПОДПИСЬ УДОСТОВЕРЯЮ CJLh^a^rn-OLp-b

Ii

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ

т t р .j"! р эд р^

ИНН 6168054543 КПП 616801001 Р/сч 40702810500230003752 в Ростовском филиале ОАО «Банк Москвы» К/сч 30101810900000000991 БИК 046015991 344090 г.Росгов-на-Дону, ул.Мильчакова, 10 тел./факс [phone]

В Диссертационный совет Д 212.304.09 Ъ(Р. &3/3&&' по техническим наукам

На № от

Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132

Настоящим подтверждается, что результаты диссертационных исследований Филиппова Сергея Евгеньевича по специальности 05.27.06 -Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники - используются при отработке технологии выпуска пьезоэлементов с улучшенными свойствами из композиционных материалов на основе сегнетокерамики ЦТС-19 с элементами связностями 03 и 1-3. При этом учитываются научные результаты, полученные в работах

1) Тополов В.Ю., Филиппов С.Е., Воронцов A.A. Пьезоэффект и анизотропия электромеханических свойств новых 1-0-3-композитов на основе сегнетопьезокерамики // Нано- и микросистемная техника - 2011- N 9.- С. 1319;

2) Filippov S.E., Vorontsov A.A., Brill O.E., Topolov V.Yu. Piezoelectric performance of a novel composite based on PZT-type ferroelectric ceramics // Functional Materials Letters.-2014,-Vol. 7, N 3-P. 1450029-6 p.

Директор

ООО «Пьезоприбор», доктор технических наук, профессор

A.A. Панич

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж-СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

СПК - сегнетопьезокерамика

ЦТС - марка отечественных сегнетокерамических материалов на основе РЬ(2г, Тл)Оз (от слов «цирконат-титанат свинца»)

ПКР - марка отечественных сегнетокерамических материалов (от слов «пьезокерамика ростовская»)

С1, С2 - компоненты двухкомпонентного композита при описании эволюции связностей

PZT - марка зарубежных сегнетокерамических материалов на основе РЪ^г, Тл)03