Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1. Изменение энергии системы при приложении либо внешнего механического напряжения, либо электрического напряжения.
Рисунок 2. Образец до механической деформации (а) и после (b). Образец до приложения внешнего электрического напряжения (с) и после (d).
Рисунок 3. Петля гистерезиса двухфазного образца. При приложения внешнего электрического напряжения смешанно-фазный образец за счет значительной деформации превращается в чистый T образец (точка 2). При понижении напряжения образец вновь становится двухфазным (точка 3). При изменении полярности двухфазность сохраняется, но изменяется на противоположное направление поляризации R-фазы (точка 4). Увеличивая напряжение, вновь приходим к чистой T-фазе (точка 5), что также обратимо при уменьшении напряжения (точка 6).
Рисунок 4. ПЭМ-микрофотографии до (а) и после (b) приложения внешнего механического напряжения. Изменение микродифракционной электронограммы до приложения напряжения (с), во время (d) и после (e).

Пьезоэлектрики: теперь без свинца!

Ключевые слова:  пьезоэлектрик

Опубликовал(а):  Шуваев Сергей Викторович

19 февраля 2011

Достаточно давно известно, что сегнетопьезокерамики на основе Pb(ZrxTi1-x)O3 (PZT), нашедшие широкое применение в качестве элементов испольнительных устройств, обладают высокими значениями пьезоэлектрического модуля. Максимум пьезомодуля достигается для составов вблизи морфотропного перехода между тетрагональной и ромбоэдрической фазами. В то же время, подобный переход может наблюдаться в чистом PbTiO3 при определенном давлении. Большим недостатком этого материала является токсичность содержащегося в нем свинца. Поэтому в качестве альтерантивы PZT коллектив американских ученых предложил использовать BiFeO3 (BFO).

Для начала авторы статьи исследовали поведение материала, состоящего из чистой тетрагональной (T), ромбоэрической (R) и смешанной фаз (рис.1). Прикладывая механическое напряжение перпендикулярно к образцу, минимум на энергетической кривой, соответствующий тетрагональной фазе постепенно исчезает, что делает ромбоэдрическую фазу энергетически более предпочтительной (рис.2b). При приложении же электрического напряжения к образцу, напротив, более устойчивой становится тетрагональная фаза (рис.2d). Как и ожидалось, наличие межфазовой граница между R и T фазами привело к увеличению пьезомодуля (115 пм/В против 54 пм/В для чистой R-фазы и 30 пм/В для чистой T-фазы). Если же сравнивать BFO с PZT, то в случае BiFeO3 наблюдается четырехкратный рост величины пьезоотклика (рис.3).

Для того, чтобы детальнее проникнуть в суть происходящих процессов, ученые прибегли к помощи ПЭМ-микроскопии (рис.4). Полосы, которые легко можно заметить в образце смешанной фазы, полностью исчезают при приложении силы (30 мкН) перпендикулярно образцу, сведетельствуя о переходе к читсой R фазе. После снятия внешней нагрузки полосы возвращаются на прежнее место, тем самым демонстрируя обратимость перехода.

Аналогичного результата удается добиться при приложении внешнего напряжения (20 В), однако в этом случае, как упоминалось выше, на смену смешанной фазе приходит T фаза, а не R фаза, как более энергетически выгодная.


Источник: Nature Nanotechnology



Комментарии
Мда..
Висмут, наверное, менее токсичен чем свинец...
Владимир Владимирович, 21 февраля 2011 20:13 
Висмут, наверное, менее токсичен чем свинец...
Так разумно считается и активно практикуется.
Однако...
Владимир Владимирович, 21 февраля 2011 21:00 
За исключением сродства к халькогенидам, биохимия все же весьма разная - самое главное, пожалуй, - свинец легко замещает кальций.
Вообще, вопрос интересный.
Избыток растворимого висмута по идее должен глушить активные цистеиновые центры ферментов. Ну и скорее всего накапливаться в печени, придавая ей серую до чёрной окраску.
Шуваев Сергей Викторович, 21 февраля 2011 21:56 
Так, вроде, даже охотники стараются использовать вместо свинцовых пуль висмутовые.
Вольфрамовые лучше
Харин Евгений Васильевич, 24 февраля 2011 21:02 
А ещё лучше - из нанокристаллического вольфрама, чтобы были ещё твёрже и коррозионно-устойчивей
Хотя висмут - тяжелый металл, он умеренно токсичен. Его иногда называют "самым безобидным" тяжелым металлом. Он намного менее ядовит, чем свинец, поэтому экологи ратуют за замену свинца на висмут.
Тем не менее, растворимые соли висмута ядовиты и, до некоторой степени, подобны солям ртути. Используемые в медицине соли висмута даже в микронизированной форме фактически нерастворимы в воде и поэтому почти не усваиваются (кал, однако, чёрный). При длительном приёме содержащих висмут лекарств возможно возникновение осложнений (т.н. "висмутовая кайма" - воспаление дёсен, возникающее из-за отложения сульфида висмута по краям дёсен). Возможны нарушения и со стороны почек и печени.
В организме висмут накапливается в почках, печени, селезенке, костях. Очень медленно выводится через ЖКТ, с мочой и потом. Канцерогенность не выявлена.
А чем их не устраивает старый добрый титанат бария?

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Северное сияние
Северное сияние

Светодиодные технологии и оптоэлектроника: магистратура на стыке образования и индустрии
Открыт набор на первую в России индустриальную программу «Светодиодные технологии и оптоэлектроника» Университета ИТМО

Международная онлайн-дискуссия «Квант будущего»
Фонд Росконгресс, Госкорпорация «Росатом», Российский квантовый центр и научно-популярное издание N+1 завершают серию международных онлайн-дискуссий «Квант будущего», где лидеры индустрии и ведущие мировые ученые обсуждают, как квантовые технологии уже изменили наш мир, и с какими вызовами помогут справиться в будущем.
Заключительная дискуссия «Квантовая революция: профессии будущего и трансформация образования» состоится 8 июля в 17:00 по московскому времени.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Супергибридный материал для хранения водорода. Двумерная соль. Существование виртуальных мультиферроиков подтверждено. Чёрные бабочки. Служение науке и немного поэзии.

Академия - университетам
Е.А.Гудилин, Ю.Г.Горбунова, С.Н.Калмыков
Российская Академия Наук и Московский университет во время пандемии реализовали пилотную часть проекта "Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии". За летний период планируется провести работу по подключению к проекту новых ВУЗов, институтов РАН, профессоров РАН, а также по взаимодействию с новыми уникальными лекторами для развития структурированного сетевого образовательного проекта "Академия - университетам".

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2020
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 - «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 16, 17, 18 и 19 июня 2020 г.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2020 году
коллектив авторов
2 - 5 июня пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.