Регистрация / Вход
Прислать материал

Использование бидоменных монокристаллов ниобата лития для высокотемпературных прецизионных датчиков вибрации

Фамилия
Кислюк
Имя
Александр
Отчество
Михайлович
Номинация
Материаловедение
Институт
Новых материалов и нанотехнологий (ИНМиН)
Кафедра
Материаловедения полупроводников и диэлектриков
Академическая группа
ММТМ-16-4-4
Научный руководитель
Доцент, к.ф-м.н. Малинкович М.Д.
Название тезиса
Использование бидоменных монокристаллов ниобата лития для высокотемпературных прецизионных датчиков вибрации
Тезис

На сегодняшний день пьезоэлектрические датчики наиболее популярный вид датчиков вибрации. Они широко применяются для задач тестирования и измерений. Такие датчики обладают большим частотным диапазоном и диапазоном чувствительности. Основными материалами для создания датчиков вибрации являются твердые растворы цирконата-титаната свинца (пьезокерамика), так как эти материалы обладают очень высокими пьезокоэффициентами. Однако данные материалы имеют предельную рабочую температуру порядка 250-300 градусов Цельсия, проявляют электромеханический гистерезис, ползучесть, сильную зависимость свойств от температуры, а также содержит свинец, который токсичен и опасен для окружающей среды.

В настоящей работе в качестве материала пьезоэлектрика были использованы монокристаллы ниобата лития с бидоменной структурой. Разработка нового типа вибродатчиков на основе монокристаллических пьезопреобразователей позволит повысить чувствительность подобных изделий минимум до 10-6 g, а также расширит диапазон рабочих температур.

Для формирования двух противоположно направленных сегнетоэлектрических домена пластины монодоменного ниобата лития отжигали в неоднородном тепловом поле в области точки Кюри. Такая бидоменная структура аналогична традиционному биморфу на основе пьезокерамики. Консольно закрепленный бидоменный кристалл способен вырабатывать электрическое напряжение при изгибе благодаря прямому пьезоэлектрическому эффекту. Для того, чтобы задетектировать этот сигнал, использовали операционный усилитель и осциллограф.

Было обнаружено, что бидоменный кристалл длиной 70 мм и толщиной 0,5 мм вырабатывает 200 мкВ/нм деформации при низких частотах колебаний (до 2 Гц) и 1 мВ/нм на резонансной частоте (500 Гц). Благодаря высокому значению точки Кюри, слабой температурной зависимости пьезоэлектрических коэффициентов ниобата лития от температуры и отсутствию клеевого слоя в конструкции, сенсоры на основе бидоменного ниобата лития способны выдерживать температуры свыше 450 °C.