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

 

Миллион алых роз
Миллион алых роз

Крабовый панцирь побеждает грязную нефть
Химики МГУ разработали уникальную люминесцентную методику определения маркеров «грязной нефти» (дибензотиофенов) с использованием селективной сорбции в оптически прозрачных материалах на основе сшитых гелей хитозана.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Броуновское движение скирмионов.Растягиваем графен правильно. Красное вино, кофе и чай помогают создавать материалы для гибкой носимой электроники. Металлическая природа кремния и углерода.

К 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире
Эксперты отметили рост числа научных публикаций отечественных ученых и сообщили, что к 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире по публикационной активности.
27 – 29 ноября в рамках юбилейных мероприятий Химического факультета МГУ и торжественной церемонии закрытия Международного года Периодической таблицы химических элементов эксперты подвели итоги 2019 г.

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

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.