WWW.KNIGA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, пособия, учебники, издания, публикации

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

«Содержание XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Физическая акустика УДК 534.2 И.Е.Кузнецова, Б.Д.Зайцев*, А.А. Теплых*, ...»

-- [ Страница 1 ] --

Содержание

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН

Физическая акустика

УДК 534.2

И.Е.Кузнецова, Б.Д.Зайцев*, А.А. Теплых*, D.Manga**, G. Feuillard**

СОЗДАНИЕ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ НА

АНТИСИММЕТРИЧНЫХ ВОЛНАХ ЛЭМБА В ПЬЕЗОПЛАСТИНАХ

Институт радиотехники и электроники РАН 125009 Москва, ул.Моховая 11, корп.7 Тел. (495)6293361; E-mail: kuziren@yandex.ru *Саратовский филиал Института радиотехники и электроники РАН 410019 Саратов, ул. Зеленая 38 Тел./Факс : (8452)277323/(8452)272401; zai-boris@yandex.ru **Universite Francois Rabelais de Tours, Rue de la Chocolaterie, BP 3410 41034 Blois Cedex France Tel.: +33(0)254558444; e-mail: gfeuillard@univ-tours.fr Как известно, для возбуждения и приема акустических волн в жидкости можно использовать антисимметричные волны Лэмба нулевого порядка (А0). В настоящей работе предложено использовать в качестве согласующих слоев нанокомпозитные полимерные материалы, которые обладают низким акустическим импедансом по сравнению с известными пьезоэлектрическими кристаллами. Было проведено теоретическое и экспериментальное исследование влияния нанокомпозитных полимерных слоев на эффективность и угол излучения ультразвука в жидкость. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что в случае использования в качестве промежуточного слоя между пластиной 128YX LiNbO и водой нанокомпозитного полимерного материала на основе полиэтилена высокого давления с наночастицами сульфида кадмия 30% возможно достичь улучшения эффективности излучения на ~1.6 дБ по мощности при соотношении толщин слоя и пластины d/h=0.154 при f=1.3 МГц. Показано также, что присутствие нанокомпозитной пленки приводит к увеличению угла излучения объемной акустической волны (ОАВ) в жидкость и позволяет данным излучателям функционировать не только в пресной, но и в соленой воде.

Полученные результаты могут быть использованы для разработки эффективных излучателей/приемников акустической волны в жидкость, которые могут использоваться для создания расходомеров жидкости, а также применяться в качестве основных элементов подводных систем связи.

1. Введение Как известно [1, 2], гидроакустический преобразователь представляет собой колебательную систему, предназначенную для излучения и приема акустических сигналов в водной среде.




В качестве основного элемента такого преобразователя чаще всего используются пьезоэлектрические резонаторы на продольных объемных акустических волнах (ОАВ) различной формы. Основной их особенностью является использование двух электродов, один из которых наносится на внешнюю излучающую сторону резонатора. К недостаткам вышеуказанных устройств можно отнести необходимость изоляции внешнего электрода от жидкости, одночастотный характер работы, необходимость использования согласующих слоев для повышения эффективности излучения ультразвука в жидкость, узкую полосу пропускания и большое подводимое электрическое напряжение. Следует также отметить, что, например, для измерения скорости жидкости излучение ультразвука должно происходит под углом к потоку и при использовании для этих целей резонаторов на ОАВ возникают проблемы с их установкой в каналах и трубах [3]. Это связано с тем, что резонатор на ОАВ излучает ультразвук перпендикулярно своей плоскости.

Известно также, что существуют волноводные излучатели/приемники, основанные на использовании цилиндрических волн [4], поверхностных волн Рэлея [3, 5] и антисимметричных волн Лэмба нулевого порядка [6] (А0), распространяющихся в пьезоэлектрических пластинах. Эти устройства не требуют использования согласующих слоев, поскольку волновой вектор волны в жидкости направлен под некоторым углом к волновому вектору бегущей волноводной моды. Особый интерес представляют собой излучатели/приемники на А0 волнах в пластинах. Во-первых, излучающая сторона таких устройств свободна от возбуждающей электродной структуры, что существенно облегчает их гидроизоляцию. Вовторых, эта волна при прочих равных условиях обладает наибольшей эффективностью, поскольку ее максимальная компонента механического смещения всегда нормальна к поверхности пластины и ее распространение в контакте с жидкостью может сопровождаться большим затуханием, связанным с интенсивным излучением объемной акустической волны в жидкость. При этом фазовая скорость волны в структуре «пластина – жидкость» V, должна быть больше, чем скорость ОАВ в жидкости Vlq. Если же наблюдается противоположная ситуация Vlq V, то затухание волны, связанное с излучением в жидкость, полностью отсутствует. Известны работы, в которых этот факт экспериментально подтвержден [7, 8].

Существуют также работы, в которых приводится описание методики расчета указанных волн как для Содержание XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Физическая акустика случая контакта пластины с жидкостью только с одной стороны, так и для случая контакта - с обеих сторон [7]. В работе [9] приведены теоретические и экспериментальные результаты по исследованию диаграммы направленности волноводного излучателя на А0 волне, распространяющейся в пластине из пьезокерамики ЦТС-19. Известны также теоретически полученные данные, которые показывают, что при использовании нанокомпозитных полимерных материалов на основе матрицы полиэтилена высокого давления с внедренными в нее наночастицами металлов и их оксидов в качестве согласующих слоев между пьезоэлектрической пластиной и жидкостью, эффективность излучения A0 волны в жидкость будет возрастать [10].





В настоящей работе теоретически и экспериментально исследуется влияние нанокомпозитных полимерных слоев на угол и эффективность излучения ультразвука в жидкость при распространении А волны в структуре «пластина ниобата лития– нанокомпозитный слой – жидкость». Рассматривается также влияние проводимости жидкости на указанные характеристики.

2. Основные уравнения и граничные условия.

Геометрия задачи представлена на рис. 1. Волна распространяется вдоль оси x1 пьезоэлектрической пластины, ограниченной плоскостями x3 = 0 и x3 = h. Нанокомпозитная полимерная пленка расположена между плоскостями x3 = 0 и x3 = -d. Мы предполагаем, что указанная пленка является вязкой, непроводящей и изотропной. В областях x3 -d и x3 h находятся жидкость и вакуум, соответственно. Мы рассматриваем двумерную задачу, в которой все компоненты поля являются постоянными в направлении x2. Для анализа распространения волны будем использовать уравнение движения, уравнение Лапласа и материальные уравнения для пьезоэлектрической среды, полимерной пленки и жидкости [11, 12]:

2U i t 2 = Tij x j, D j x j = 0, (1) Жидкость -d Tij = C ijkl U l x k + e kij x k, (2) пленка D j = jk x k + e jlk U l x k, (3) x Пьезоэл.

U i t = Tijf x j, D jf x j = 0, f 2 f (4) пластина U l x k + = U l U l tx k, f f f f f Tijf (5) C ijkl ijkl h Рис.1. Геометрия задачи Здесь Ui – компоненты механического смещения частиц; t – время; Tij – компоненты механического напряжения; xj – координата; Dj – компоненты электрической индукции; – электрический потенциал;

– плотность; C ijkl, ijkl, eikl и jk – упругие, вязкие, пьезоэлектрические и диэлектрические постоянные, соответственно. Индексы f и lq означают принадлежность переменной к полимерной нанокомпозитной пленке или к жидкости, соответственно. Поскольку рассматриваемая нанокомпозитная пленка является вязкоупругой, то из уравнения (5) следует, что ее модули упругости являются комплексными и их мнимая часть равна ijkl для гармонических волн.

В области, занятой вакуумом, электрическая индукция должна удовлетворять уравнению Лапласа:

где D j = 0 x j. Здесь 0 – диэлектрическая проницаемость вакуума, индекс v означает, что величины относятся к вакууму.

Акустические волны, распространяющиеся в вышеуказанной структуре должны удовлетворять механическим и электрическим граничным условиям:

Здесь i=13, d и h – значения толщины нанокомпозитной пленки и пьезоэлектрической пластины, соответственно.

Мы использовали материальные постоянные LiNbO3 из [13]. Материальные постоянные нанокомпозитной полимерной пленки, содержащей наночастицы CdS, были взяты из [14].

3. Теоретические результаты В результате проведенных расчетов были получены зависимости скорости и затухания на длину волны от отношения толщин пленки и пластины для A0 волны в структуре «пластина 128YX LiNbO3 – нанокомпозитная пленка - жидкость». Исследовались нанокомпозитные пленки с различной концентрацией наночастиц CdS и Fe. На рис. 2 в качестве примера приведены зависимости скорости (а) и затухания (б) А0 волны от отношения d/h для концентрации наночастиц CdS в полимерной пленке 30% при параметре hf = 650 м/с (кривая 1). Для сравнения на этом же рисунке приведены аналогичные зависимости для структуры «пластина 128YX LiNbO3 – нанокомпозитная пленка с CdS 30%» (кривая 2).

Кроме того, здесь же приведены величины скорости и затухания A0 волны в структуре «пластина 128YX LiNbO3 – жидкость» (кривая 3). Для расчетов в качестве жидкости использовались материальные постоянные воды.

V, м/с Рис.2. Зависимости скорости (а) и затухания (б) А0 волны от отношения d/h в структуре «пластина 128YX LiNbO3– нанокомпозитная пленка с 30% концентрацией наночастиц CdS - жидкость» при параметре hf = м/с (1) и в структуре «пластина 128YX LiNbO3 – нанокомпозитная пленка с 30% концентрацией наночастиц CdS» (2). Значения скорости и затухания A0 волны в структуре «пластина 128YX LiNbO3– жидкость» (3).

Анализ полученных результатов показал, что использование в качестве промежуточного слоя между пьезоэлектрической пластиной и жидкостью нанокомпозитного материала позволяет улучшить эффективность излучения акустической мощности в жидкость. Из рис.2 видно, что при использовании в качестве промежуточного слоя нанокомпозитного полимерного материала на основе матрицы полиэтилена высокого давления с наночастицами сульфида кадмия с 30% концентрацией возможно достичь улучшения эффективности излучения на 1.54 дБ/ по мощности при соотношении толщин слоя и пластины d/h=0.154 при f=1.3 МГц. Как видно из рис.2 затухание для А0 волны в структуре «пластина 128YX LiNbO3 -жидкость» составляет 1.5, а для структуры «пла нанокомпозитная пленка - жидкость» эта величина равна 2.93. Следует отметить, что при hf=650 м/с и d/h = 0.154 нанокомпозитный слой с наночастицами CdS 30% концентрации, контактирующий с пластиной 128YX ниобата лития, за счет своей вязкости приводит к возникновению затухания А0 волны однако величина этого затухания меньше указанной выше разницы и составляет 0.46 дБ/.

Было также обнаружено, что в случае использования других типов наночастиц с различными концентрациями эффективность излучения в жидкость может быть увеличена еще больше. Например, при использовании пленок с наночастицами железа 25% концентрации затухание может составить 4.7 дБ/ при d/h=0.259.

4. Экспериментальные результаты Для проверки теоретических результатов был создан измерительный прибор (рис.3), который состоял из излучателя 1 и приемника 2, расположенных на расстоянии h друг от друга и смещенных на расстояние L, так чтобы угол удовлетворял условию cos = V1/V2. Здесь V1– скорость акустической волны в жидкости, V2– скорость А0 волны. Излучатель представлял собой пластину ниобата лития 128 Y –среза с поперечными размерами 25 25 мм 2 толщиной 0.5 мм [15].

На нижней стороне этой пластины методом фотолитографии был нанесен встречно-штыревой преобразователь (ВШП), состоящий из 5 пар штырей с апертурой 15 мм и периодом 2 мм. Этот преобразователь возбуждал антисимметричную волну нулевого порядка А0 на частоте ~1.3 МГц, распространяющуюся вдоль кристаллографической оси X. При контакте верхней стороны пластины с жидкостью А0 волна излучала объемную акустическую волну в жидкость под указанным выше углом. Для компенсации емкости ВШП и согласования с подводящим кабелем использовались индуктивность мкГн и согласующий трансформатор 1:25, соответственно. Пластина приклеивалась к специальному герметичному корпусу, который предохранял ВШП и электрические элементы от контакта с жидкостью.

Рис. 3 – Схема измерительного устройства полных потерь при отсутствии нанокомпозитного слоя, из которой видно, что минимальное затухание равно 12.38 дБ.

Вносимые потери, дБ Рис.4. Частотная зависимость полных потерь в системе «излучатель – жидкость - приемник» при отсутствии (а) и присутствии (б) нанокомпозитного слоя с наночастицами CdS 30% на излучающей поверхности пластины Затем на внешнюю сторону пластины ниобата лития одного из преобразователей с помощью клея RTV-162 была наклеена пленка толщиной 0.08 мм из полиэтилена высокого давления с внедренными в нее наночастицами сульфида кадмия с концентрацией 30%. Полученная для этого случая частотная зависимость полных потерь представлена на рис. 4б. Видно, что минимальное затухание оказалось равным 10.8 дБ, что на 1.6 дБ меньше, чем в эксперименте без нанокомпозитной пленки. Этот эксперимент качественно подтвердил теоретически ожидаемый вывод о том, что присутствие нанокомпозитного слоя должно привести к увеличению эффективности излучения/ приема акустической волны в жидкости. Теоретически ожидаемый выигрыш на длину волны ~1 дБ/ при длине излучателя дает ~8дБ. Полученное расхождение связано с тем, что в теории не учтено влияние тонкого слоя клея, который присутствует в эксперименте, и влияние встречно-штыревого преобразователя.

Был также проведен эксперимент по измерению акустического поля, создаваемого вышеуказанным излучателем в воде в диапазоне f=1-1.8 МГц. Для этой цели использовалась установка, детально описанная в [16]. На вход ВШП подавался электрический импульс с выхода системы Ritec Ram System 5000, которая позволяла изменять такие параметры, как частота, количество циклов в импульсе и импульсную мощность. В процессе измерений этот радиоимпульс содержал 10 ВЧ периодов и имел амплитуду 60В.

Акустическое поле регистрировалось игольчатым гидрофоном с диаметром 0.5 мм, который был в 40 раз меньше чем длина волны в воде в указанном выше диапазоне частот. Излучатель XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН располагался на специальной раме, содержащей подвижную платформу, к которой крепился гидрофон, и вся эта конструкция была погружена в резервуар с водой. Положение платформы регулировалось с помощью компьютера, что позволяло сканировать акустическое поле в заданной сетке YX в плоскости, параллельной плоскости излучателя. Указанная сетка имела размеры 67.5 мм с шагом 2.5 мм вдоль оси Z и 140 мм с шагом 5 мм вдоль оси Y. Расстояние между гидрофоном и плоскостью излучателя составляло мм. В каждой ячейке сетки регистрировался выходной сигнал с выхода гидрофона как функция времени.

Регистрация осуществлялась с помощью цифрового осциллографа. Результатом дальнейшей обработки являлась матрица размером 30 28, в каждой ячейке которой содержалось максимальное значение выходного сигнала. Анализ указанной матрицы позволил определить угол максимального излучения акустической волны в воде в зависимости от частоты. На рис.5 приведены зависимости этого угла, полученные теоретически и экспериментально.

Видно, что присутствие пленки приводит к увеличению угла излучения объемной акустической волны в жидкость. Таким образом, меняя параметры материала пленки можно управлять углом излучения волны.

Рис.5. Теоретические (а) и экспериментальные (б) зависимости угла излучения ОАВ в жидкость от частоты в присутствии нанокомпозитной пленки (1) и при ее отсуствии (2).

Также экспериментально было показано, что присутствие нанокомпозитной пленки позволяет исследуемому излучателю эффективно работать в проводящей жидкости.

Проведенное теоретическое и экспериментальное исследование показывает перспективность применения нанокомпозитных пленок на основе полиэтилена высокого давления для создания эффективных излучателей/приемников акустической волны в жидкость. Данные излучатели могут использоваться как во внутренних водоемах с пресной водой, так и в водоемах с соленой водой. Подобные преобразователи могут использоваться для создания расходомеров жидкости, а также применяться в качестве основных элементов подводных систем связи.

В работе теоретически и экспериментально исследована возможность использования А0 волн Лэмба для создания излучателей/приемников ультразвука в жидкость. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что в случае использования в качестве промежуточного слоя нанокомпозитного полимерного материала на основе матрицы полиэтилена высокого давления с наночастицами сульфида кадмия 30% концентрации возможно достичь улучшения эффективности излучения на ~1.6 дБ/ по мощности при соотношении толщин слоя и пластины d/h=0.154 при f=1.3 МГц.

Показано также, что присутствие нанокомпозитной пленки приводит к увеличению угла излучения объемной акустической волны в жидкость. Экспериментально показано, что присутствие пленки позволяет данным излучателям функционировать не только в пресной, но и в соленой воде. Полученные результаты могут быть использованы для разработки эффективных излучателей/приемников акустической волны в жидкость, которые могут использоваться для создания расходомеров жидкости, а также применяться в качестве основных элементов подводных систем связи.

Работа поддержана Минобрнауки РФ ГК 14.740.11.0645, ГК 07.514.11.4080, РФФИ 10-02-01313, Научной школой НШ- 4732.2012.9.

ЛИТЕРАТУРА

1. Physical principles of medical ultrasonics, Ed.: C.R.Hill. Chichester: Ellis Horwood, 1986.

2. Rajendran V., Palanichami P. and Raj B., Science and technology of Ultrasonics, Narosa Publishing House, New XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН 3. Joshi S.G., Zaitsev B.D. Low-profile transducer for flow meters US Patent No. 6, 609, 430 B1. 4. Maltzev Yu., Prokopchik S. Underwater sound waveguide running wave transducers for shallow water acoustics // SWAC’97. – 1997.- P.615- 5. Joshi S. G., Zaitsev B. D., Kuznetsova I. E. Miniature, high efficiency transducers for use in ultrasonic flow meters // Journ. of Applied Phys. – 2009 – V.105. – N3. – 034501.

6. Joshi S. G., Zaitsev B. D., Kuznetsova I. E. Efficient mode conversion transducers for use in ultrasonics flow meters // Proceedings of IEEE Ultrasonics Symp. – 2009. – P.1491-1494.

7. Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Joshi S.G., Teplykh A.A., Effect of a liquid on the characteristics of antisymmetric lamb waves in thin piezoelectric plates// Acoustical Physics.- 2007.- V.53.- N5.-P. 557–563.

8. Watkins R.D., Cooper W.H.B., Gillespie A.B., Pike R.B. The attenuation of Lamb waves in the presence of a fluid // Ultrasonics. – 1982. – V.20. – P.257-264.

Кузнецова И.Е.,Зайцев Б.Д., Бородина И.А., Колесов В.В., Скнаря А.И., Петрова Н.Г., Носов А.В. Диаграмма направленности гидроакустического излучателя на основе А0 волн Лэмба в пьезокерамической пластине // Радиотехника и электроника.- 2011.- №11.- С.1403-1408.

Кузнецова И.Е.,Зайцев Б.Д., Бородина И.А.,Кузнецова И.Е. Антисимметричные волны Лэмба нулевого 10.

порядка в структуре «пьезоэлектрическая пластина – нанокомпозитный слой – жидкость» // Труды XXIV сессии РАО, 12-15 сент.2011, г.Саратов.- 2011.- Т.1.- С.70-73.

11. A.A. Oliner (Ed.), “Acoustic Surface Waves,” Topics in Applied Physics, vol. 24, Springer-Verlag, Berlin, 1978, 12. L.M. Brekhovskikh, Waves in layered media. New York: Academic Press, 1980.

Kovacs G., Anhorn M., Engan H.E., Visintini G., and Ruppel C.C.W.. Improved material constants for LiNbO3 and 13.

LiTaO3 //Proc. IEEE Ultrasonics Symp. – 1990. – V.1. – P. 435-438.

Кузнецова И.Е., Зайцев Б.Д., Шихабудинов А.М. Влияние плотности материала наночастиц на акустические 14.

параметры нанокомпозитных полимерных материалов// Письма в ЖТФ.- 2010.- Т.36.- №16.- С.48- 15. Joshi S.G., Zaitsev B.D., Kuznetsova I.E. Efficient mode conversion transducers for use in ultrasonics flow meters // Proceedings of IEEE Ultrasonics Symp.- 2009.- P.1491 – 1494.

16. E. D. Manga, L. Haumesser, B. Morvan, A-C. Hladky-Hennion, E. Le Clzio Experimental exploration of imaging properties of a two-dimensional flat lens made of phononic crystals. // Proceedings of IEEE Ultrasonics Symp.publishing).

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН УДК 536.

ПРИМЕНЕНИЕ ВАРИАЦИОННОГО

МЕТОДАДЛЯОЦЕНКИВЯЗКОСТИТВЕРДЫХМАТЕРИАЛОВ

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН 410019 Саратов, ул. Зеленая 38, Тел./Факс: +7(8452)272401, e-mail: zai-boris@yandex.ru Universite Francois Rabelais de Tours, Rue de la Chocolaterie, BP 41034 Blois Cedex France, Tel.: +33(0)254558444, Fax: +33(0)254558445, e-mail: gfeuillard@univ-tours.fr В течение длительного времени для анализа механических колебаний образцов с конечными размерами и для определения их материальных констант широко используются вариационные методы. Для этой цели наиболее часто применяется метод Рэлея- Ритца, который предполагает представление механического смещения и электрического потенциала в виде линейной комбинации базисных функций с неизвестными коэффициентами.

С его помощью можно определить собственные резонансные частоты, а также распределение амплитуды механического смещения и электрического потенциала для изучаемого образца. Однако указанные расчеты проводились без учета потерь энергии механических колебаний, поскольку существовало мнение, что для диссипативных систем нельзя сформулировать вариационный принцип, аналогичный принципу наименьшего действия Гамильтона. Тем не менее, в последнее время стали появляться работы, в которых показана возможность формулировки такого принципа для диссипативных систем, в частности для гидродинамики. В настоящей работе проведено экспериментальное исследование частотной зависимости электрического адмиттанса для ряда пьезоэлектрических образцов в форме куба с двумя металлизированными противоположными гранями с целью выявления резонансных частот и оценки величины добротности. Далее вариационным методом был проведен теоретический анализ этих колебаний и путем сравнения с экспериментальными данными для образцов из керамики PZ27, PMN34.5%PT и PZ26 были оценены коэффициенты вязкости, которая рассматривалась как основной и единственный источник механических потерь.

К настоящему времени для анализа механических колебаний пьезоэлектрических образцов с конечными размерами и для определения их материальных констант широко используется вариационный метод [1-8]. В егооснове лежит подход Рэлея - Ритца, который предполагает представление искомых функций (механическое смещение и электрический потенциал) в виде линейной комбинации базисных функций с неизвестными коэффициентами. С его помощью можно определить собственные резонансные частоты образцов, а также распределение амплитуды механического смещения и потенциала в изучаемом образце. Показаны возможности вариационного метода применительно к образцам в форме параллелепипеда [2,4-8] и в форме круглых дисков [1,3]. В первом случае в качестве базисных функций использовались полиномы Лежандра, а во втором случае функции Бесселя. Показана возможность учета электродов на некоторых сторонах образца и получены выражения для случаев, когда электроды являются электрически замкнутыми и электрически свободными. Продемонстрирована возможность полного определения всех упругих, пьезоэлектрических и диэлектрических свойств материала на примере оливина [5],монокристалла кварца [6] икристалла PZN-12%PT [8].Однако во всех этих работах расчеты проводились без учета потерь энергии механических колебаний, поскольку до недавнего времени существовало мнение, что для диссипативных систем нельзя сформулировать вариационный принцип, аналогичный принципу наименьшего действия Гамильтона [9,10]. Однако в последнее время стали появляться работы, в которых показана возможность формулировки такого принципа для диссипативных систем, например,такая возможность показана для диссипативной гидродинамики [10]. В настоящей работепредпринята первая попытка применить вариационный метод для оценки коэффициентов вязкости твердых тел. Для этой цели вначале было проведено экспериментальное исследование частотной зависимости электрического адмиттанса пьезоэлектрических образцов в форме куба с целью определения резонансных частот и оценки величины добротности. Далее вариационным методом был проведен теоретический анализ этих колебаний и путем сравнения с экспериментальными данными для ряда материалов были оценены коэффициенты вязкости, которая рассматривалась как единственный источник механических потерь.

Таким образом, вначале проводилось измерение частотных зависимостей электрического адмиттанса образцов кубической формы из различных типов пьезокерамики с помощью измерителя Agilent 4395A. Для этой цели образцы, имеющие тонкие металлические электроды на торцах, перпендикулярные полярной оси X3, помещались в специальное устройство, обеспечивающее электрический контакт с помощью прижимных электродов. Специальное микрометрическое устройство позволяло обеспечивать одинаковое силу прижима для всех изучаемых образцов независимо от их размеров, что сохраняло все калибровочные установки в ходе измерений. Были проведены эксперименты с многочисленными образцами и с различными типами керамики.

Рис.1. Частотные зависимости действительной (а) и мнимой (б) частей электрического адмиттанса для образцов из керамики PZ27 (верхний ряд), PMN34.5%PT (средний ряд) и PZ26 (нижний ряд).

На рис. 1 представлены частотные зависимости реальной (а) и мнимой (б) частей электрического адмиттанса для образцов из керамики PZ27, PMN34.5%PT и PZ26. Указанные зависимости позволили определить резонансные частоты и значения добротности для этих частот (по уровню 0.707 от максимального значения). Эти данные, а также размеры образцов, представлены в таблице 1.

Далее для теоретического анализа использовался следующий подход. Как известно [11], затухание механических колебаний и акустических волн можно анализировать, используя понятия вязкости.

Вязкость характеризуется коэффициентом вязкости, который является тензором 4 ранга и имеет такую же симметрию, что и модули упругости. В этом случае для гармонического колебания на фиксированной частоте f в материальном уравнении для механического напряжения Tijмодуль упругости становится комплексным, и мнимая часть модуля упругости оказывается равной произведению круговой частоты и соответствующего коэффициента вязкости:

(f-f0)/f0, % (f-f0)/f0, % (f-f0)/f0, % Рис.2. Зависимости относительного изменения резонансной частоты (а) и затухания на один период колебаний (б) от мнимой части модуля упругости Imс33 для образцов из пьзокерамики PZ27 (верхний ряд), PMN34.5%PT XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Здесьcijkl - модуль упругости, uk- компонента механического смещения, t- время, xl- пространственная координата, ijkl - коэффициент вязкости, emij- пьезоэлектрическая постоянная, Em- напряженность электрического поля, i- мнимая единица, =2f- круговая частота.

Очевидно, что стандартная вариационная задача, основанная на методе Рэлея-Ритца, усложняется.

Однако, как известно из проведенных выше экспериментов, образцы из керамических материалов на килогерцовых частотах характеризуются достаточно высокими значениями добротности. В этом случае для теоретического анализа можно использовать метод возмущений и решать задачу методом последовательных приближений. Вначале по известным материальным константам можно определить резонансные частоты и форму колебаний образцадля каждого резонанса в пренебрежении вязкостью.

Затем, выбрав определенное значение резонансной частоты по известным коэффициентам вязкости можно ввести комплексный модуль упругости и повторить процесс расчета. При этом можно считать, что коэффициенты разложения искомых функций и базисные функции остаются действительными величинами. Комплексность появляется только в матричных уравнениях благодаря комплексности модулей упругости и частоты. Таким образом, используя программу расчета для образцов без вязкости можно найти комплексные значения резонансных частот. Реальная часть частоты будет иметь тот же самый физический смысл, а мнимая добавка даст декремент затухания колебаний в каждой точке образца от времени.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Рис.3. Зависимость добротности от мнимой части модуля упругости Imс33 для образцов из пьзокерамики PZ (верхний ряд), PMN34.5%PT (средний ряд) и PZ26 (нижний ряд).

Однако в нашем случае коэффициенты вязкости для исследуемых образцов керамики оказались неизвестными. Поэтому в работе была предпринята попытка оценить коэффициент вязкости исходя из экспериментальных данных. Вначале в расчет были введены значения мнимых частей независимых компонент модуля упругости, в предположении, что они пропорциональны соответствующим действительным их частям. В работе использовалась программа, использующая разложение искомых функций по полиномам Лежандра с учетом симметрии образцов и материала [8]. Затем были найдены относительное изменение реальной части резонансной частоты и затухание на один период колебаний как функции мнимой части модуля упругости с33. Эти зависимости представлены для вышеупомянутых материалов на рис. 2а и 2б, соответственно. Видно, что с ростом мнимой части модуля упругости (и,соответственно, вязкости) резонансная частотанезначительно увеличивается. Это имеет четкий физический смысл поскольку, как известно, с ростом вязкости скорость упругих волн увеличивается [11].

Что касается затухания на один период колебаний, то как и следовало ожидать[11], оно растет с ростом коэффициента вязкости, а следовательно и с ростом мнимой части модуля упругости по линейному закону (рис.2б). На рис. 3 представлены зависимости добротности механических колебаний от мнимой части модуля упругости с33. Видно, что с возрастанием мнимой части модуля упругости добротность уменьшается по линейному закону, и эти зависимости практически одинаковы для всех анализируемых материалов. Эти зависимости позволили по экспериментально найденным значениям добротности, которые представлены в таблице 1, найти соответствующие значения мнимой части модуля упругости и коэффициента вязкости. Эти данные представлены в таблице 2 для вышеуказанных материалов. Здесь же для каждого образца представлены декремент затухания и относительная разность теоретических и экспериментальных значений резонансной частоты (f/f0). Видно, что последняя величина не превышает разброс значений материальных постоянных материалов (±3%), которые связаны с технологическими особенностями их получения и с процессом старения.

Таким образом, в работе показана возможность оценки коэффициента вязкости твердых тел с помощью вариационного метода для пьезоэлектрических образцов кубической формы. Эта оценка проводилась путем сравнения экспериментально найденного значения добротности для самого низкочастотного механического резонанса с теоретически найденной зависимостью добротности от вязкости материала. Экспериментальное определение добротности осуществлялась по измеренной частотной зависимости адмиттанса образца с помощью измерителя LCR параметров. Следует отметить, что в работе было сделано не совсем корректное предположение о том, что мнимые части компонент модуля упругости пропорциональны их действительным частям. Это позволило свести пять независимых компонент тензора вязкости к одномуи существенно упростить задачу. Однако для более точного их XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН определения необходимо использовать методику, описанную в [8] включив в неизвестные материальные постоянные все независимые компоненты тензора вязкости.

ЛИТЕРАТУРА

1. EerNisseE.P.Variationalmethodforelectroelasticvibrationanalysis//IEEE Trans. on Ultrason., Ferroel., and Freq. Contr., 1967, vol. SU-14, No.14, pp. 153-160.

2. Holland R. Resonant properties of piezoelectric ceramics rectangular parallelepipeds// J. Acoust. Soc. Amer., 1967, vol.43, pp.988-997.

3. HollandR. and Eer NisseE.P. Variational evaluation of admittances of multielectroded three –dimensional piezoelectric structures//IEEE Trans. on Ultrason., Ferroel., and Freq. Contr., 1967, vol. SU-15, No.2, pp. 119-132.

4. DemarestH.H., Jr. Cube resonance method to determine the elastic constants of solids// J. Acoust. Soc. Amer., 1971, vol.49, No.

3, pp.768-775.

5. OhnoI. Free vibration of a rectangular parallelepiped crystaland its application to determination of elastic constants of orthorombic crystals// J. Phys. Earth, 1976, vol.24, pp. 355-379.

6. OhnoI. Rectangular parallelepiped resonance method for piezoelectric crystals and elastic constants of alpha-quartz// Phys.

Chem. Minerals, 1990, vol.17, pp. 371-378.

7. DemarestH.H., Jr, Cube resonance method to determine the elastic constants of solids// J. Acoust. Soc. Amer., 1971, vol.49, pp.2154-2161.

8. DelaunayT., Le ClezioE., GuennouM., DammarkH., ThiM.P., and FeuillardG.. Full tensorial characterization of PZN-12%PT single crystal by resonant ultrasound spectroscopy// IEEE Trans. on Ultrason., Ferroel., and Freq. Contr., 2008, vol. 55, No. 2, pp,476-488.

9. ЛандауЛ.Д.,ЛифшицЕ.М. Теоретическаяфизика, Том. 5, Статистическая физика-М.:Наука. 1964. 568С.

10. МаксимовГ.А.Обобщенный вариационный принцип для диссипативной гидродинамики и механики сплошной среды//Вычислительная механика сплошных сред, 2009, т.2, № 4. С.92 -104.

11. RoyerD. andDieulesaint E. Elastic waves in solidsI. Free and guided propagation- Berlin: Springer. 2000. 374 P.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН УДК 534. Б.Ф. Борисов, П.В. Великоруссов, Е.В. Чарная, Е.В. Шевченко, С.В. Барышников*

АКУСТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СУПЕРИОННОГО ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА AgI,

ДИСПЕРГИРОВАННОГО В ПОРАХ МОЛЕКУЛЯРНОГО СИТА МСМ-

Санкт-Петербургский государственный университет Россия, 198504 Санкт-Петербург, Старый Петергоф, ул. Ульяновская, д. * Благовещенский государственный педагогический университет 675002, Благовещенск, Россия Тел.: (812)428-4330; E-mail: mfmmail@mail.ru В настоящей работе приводятся результаты впервые проведенных исследований акустических свойств суперионного кристалла AgI, диспергированного в нанопоры молекулярных сит МСМ-41. Исследования проведены на продольных ультразвуковых волн частотой 3-4 МГц в температурном интервале 290 К 480 К, включающем область перехода в суперионное состояние. Приведены температурные зависимости скорости распространения продольных акустических волн в нанокомпозитах на основе молекулярных сит MCM-41 с различными размерами каналов. В температурном диапазоне суперионого фазового перехода наблюдаются значительные акустические аномалии – ступенчатое изменение скорости звука при нагреве и охлаждении, соответствующие суперионному фазовому переходу в наночастицах AgI. Фазовый переход сдвинут вверх по температуре относительно объемного AgI и носит гистерезисный характер, вытекающей из первого рода фазового перехода. Результаты согласуются с данными, полученными с помощью диэлектрических и ЯМРисследований.

1. Введение.

Фазовые переходы наноразмерных систем в условиях «ограниченной геометрии» - одна из актуальных проблем физики конденсированного состояния. При исследовании подобных систем акустические методы оказываются весьма информативными. Данные о смещении температур фазовых переходов, степени их размытия, обратимый или гистерезисный характер процессов проявляются непосредственно в виде аномалий температурной зависимости скорости и поглощения ультразвука. При этом, в отличие от многих других методов, измерения можно проводить в режиме непрерывного сканирования температуры.

Электропроводность твердого кристаллического соединения серебра с йодом AgI при температуре около 420 К увеличивается на несколько порядков. Кристалл переходит из низкотемпературной -фазы в высокотемпературную (суперионную) -фазу, которая сохраняется до температуры плавления иодида серебра – 828 К[1]. Кристаллическая структура разупорядоченной -фазы имеет ОЦК анионную подрешетку. Структура низкотемпературной -фазы является гексагональной (структура вюртцита).

Рис 1. Структура Agl в суперионной фазе (при Т147 °С). В элементарной ячейке 2 иона проводимости Ag+ статистически распределены по 42 разрешённым позициям 3 типов.

На Рис.1 представлена структура AgI в - фазе где имеем ОЦК анионную подрешетку, а 2 катиона серебра в элементарной ячейке могут занимать три типа позиций: 12d- тетраэдрических, 24hСодержание XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН тригональных, 6b- октаэдрических. Диффузия катионов серебра происходит «скачкообразно» по различным разрешенным позициям.

Представляет интерес вопрос о влиянии размерных эффектов на параметры фазового перехода в AgI. Согласно краткому обзору, приведенному в работе [2], однозначной картины на счет относительного изменения температуры фазового перехода для малых частиц AgI, внедренных в нанопористые матрицы, к настоящему времени не существует. Было обнаружено, что температура суперионного перехода увеличивалась для AgI в пористом оксиде алюминия, уменьшалась для частиц в порах искусственного опала и несколько увеличивалась и затем уменьшалась по мере уменьшения размеров пор от 50 до 10 нм для AgI, внедренного в пористые стекла. В работе [2] также показано, что факт смещения температуры суперионного перехода в зависимости от размера пор допускает интерпретацию в рамках феноменологической модели Ландау, аналогичной модели, развитой для сегнетоэлектрических малых частиц [3-5].

До последнего времени акустические исследования влияния ограниченной геометрии на суперионный переход в наночастицах AgI не проводились. В настоящей работе представлены результаты акустических исследований на продольных УЗВ волнах для наночастиц AgI, внедренных в поры матриц МСМ- 41.

Применение акустических методов для исследования фазовых переходов веществ, введенных в пористые матрицы, основывается на том, что при переходах происходит изменение эффективных упругих модулей композитов в целом [6].

2. Образцы и эксперимент.

Для исследования акустических свойств нанодисперсного AgI проведены измерения скорости продольных ультразвуковых волн в диапазоне частот 3-4 МГц в композитах на основе молекулярных сит МСМ-41 с диаметром пор 37 и 26.

Образцы представляли собой таблетки толщиной около 2 мм с внедренным в нанопоры AgI.

Известно, что повышение давления при прессовании таблеток может приводить к образованию - модификации AgI, однако -AgI снова превращается -фазу при нагревании выше - перехода и последующем охлаждении [2]. Поэтому перед измерениями образец прогревался до 450 К. Исследование акустических свойств производилось на продольных волнах с применением импульсно-фазовой методики.

3. Экспериментальные результаты и обсуждение.

На Рис. 2 представлены результаты измерения относительного изменения скорости продольных УЗВ в нанокомпозите с размером пор 37 для двух последовательн ых циклов «охлаждение - нагрев»

после предварительного прогрева до 450К.

Рис. 2. Температурная зависимость относительного изменения скорости продольных УЗВ при двух последовательных циклах охлаждение – нагрев. Кружки и треугольники соответствуют различным циклам.

Как видно из рис. 2 при суперионном переходе в наночастицах AgI наблюдается значительное уменьшение скорости ультразвуковых волн при нагреве и смещенное в сторону низких температур обратное ему возрастание скорости ультразвуковых волн при охлаждении. Средняя температура скачка скорости при нагреве несколько превышает (примерно на 3 К) температуру суперионного перехода в XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН объемном AgI. Смещение акустической аномалии при охлаждении обусловлено температурным гистерезисом при фазовом переходе I рода, к которому относится переход в AgI. Отметим, что гистерезис при нагреве и охлаждении для наночастиц AgI в порах молекулярных сит МСМ-41 шире, чем в объемном образце. Аналогичные данные были получены для нанокомпозита с размером пор. Однако, температура суперионного фазового перехода в этом образце была выше, чем в образце с размером пор 37. Для подтверждения природы гистерезиса при нагреве и охлаждении нами были проведены акустические исследования нанокомпозитов в условиях частичных температурных циклов, при которых изменение температурных режимов (нагрев на охлаждение и наоборот) проводилось до окончания суперионного фазового перехода. Результаты таких исследований представлены на рис. 3 для нанокомпозита с размером пор 26. Из рис. 3 следует необратимый характер акустических аномалий, что полностью соответствует первому роду фазового перехода.

Рис. 3. Температурные зависимости относительного изменения скорости продольных УЗВ при частичных температурных циклах. Разные символы соответствуют различным циклам. Темные символы – нагрев, светлые 4. Выводы.

В настоящей работе впервые проведены акустические исследования нанокомпозита на основе молекулярных сит МСМ-41 с размером пор 37 и 26 с введенными в поры наночастицами суперионного проводника AgI. Показано, что структурный фазовый переход, который приводит к возникновению ионной проводимости в наночастицах AgI, вызывает аномалии скорости ультразвуковых волн, распространяющихся в нанокомпозите, составляющие примерно 25% от скорости звука выше суперионного перехода для нанокомпозита с порами 37 и около 3% для образца с порами 26 Для обоих образцов аномалия, наблюдаемая при нагреве, смещена в сторону высоких температур относительно суперионного перехода в объемном AgI. Величина смещения увеличивалась с уменьшением размера пор. При охлаждении аномалия скорости была сдвинута в сторону низких температур, что приводит к гистерезису скорости. Величина гистерезиса превышала обычно наблюдаемую ширину гистерезиса для поликристаллического AgI. Дополнительно проведенные акустические измерения в режиме частичных циклов нагрев-охлаждение выявили полностью необратимый характер скорости, что обусловлено первым родом фазового перехода в наночастицах AgI. Таким образом, продемонстрирована чувствительность акустических методов к суперионному фазовому переходу наночастиц в пористых матрицах и показана информативность этих методов для исследования конкретных нанокомпозитов.

ЛИТЕРАТУРА

Гуфан Ю.М., Мощенко И.Н., Снежков В.И., Теория реконструктивных фазовых переходов в суперионных проводниках AgI и CuBr, Физика твердого тела, Том 35, №8, 1993 г., стр. 2086-2098.

С.В. Барышников, Cheng Tien, Е.В. Чарная, M.K. Lee, D. Michel, W. Bohlmann, Н.П. Андриянова Диэлектрические и ЯМР-исследования суперионного проводника AgI, внедренного в мезопористые силикатные матрицы // ФТТ Т. 50, вып. 7, с 1290-1294 (2008).

3. W.L. Zhong, Y.G. Wang, P.L. Zhang, B.D. Qu. Phys. Rev. B 50, 698 (1994).

4. B. Jiang, L.A. Bursill. Phys. Rev. B 60, 9978 (1999).

5. E.V. Charnaya, O.S. Pogorelova, C. Tien. Physica B 305, 97 (2001).

Гартвик А.В. канд. диссертация (ф-м н), СПбГУ, 2005г.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН УДК 534.222. Е.В. Чарная1, А.Л. Пирозерский1, А.И. Недбай1, Е.Л. Лебедева1, В.Н. Пак2,

АКУСТИЧЕСКИЕ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОКОМПОЗИТОВ

ОКСИД МЕДИ – ПОРИСТОЕ СТЕКЛО

Физический факультет, С.Петербургский государственный университет, С.Петербург, Государственный педгогический университет им. Герцена, С.Петербург, Благовещенский государственный педагогический университет, Благовещенск, Тел.: (812) 428-4330; Факс: (812) 428- E-mail: charnaya@mail.ru; piroz@yandex.ru В настоящей работе проведены исследования нанокомпозиционных материалов, полученных путем введения наночастиц окиси меди (CuO) в пористые стекла с размером пор 8 нм. Целью исследований являлось изучение влияния размеров наночастиц CuO на их физические свойства. Интерес к окиси меди связан с тем, что CuO является высокотемпературным мультиферроиком, а также близостью структуры CuO к структуре медьсодержащих плоскостей многих высокотемпературных сверхпроводников. Исследования проводились акустическими и диэлектрическими методами. Скорость ультразвука измерялась импульсно-фазовым методом на частотах около 7 МГц в температурном диапазоне 150–370 K. Обнаружен выраженный гистерезис между ветвями нагрева и охлаждения. Исследование частичных циклов нагрев-охлаждение показало необратимость соответствующих процессов в температурной области 160–300 K. Дополнительно проведены диэлектрические измерения на частотах от 25 Гц до 1 МГц. В работе обсуждаются возможные причины выявленных акустических и диэлектрических аномалий.

Окись меди CuO (оксид меди II) принадлежит к редкой группе мультиферроиков, у которых сегнетоэлектрические свойства возникают в результате магнитного фазового перехода [1,2]. Окись меди исследовалась достаточно давно в связи с ее использованием в качестве катализатора и схожестью ее структуры со структурой плоскостей Cu-O в ряде высокотемпературных сверхпроводников (см. [3] и ссылки в этой работе). Окись меди имеет магнитное упорядочение ниже 230 К. При этой температуре TN происходит переход из парамагнитной фазы в несоразмерную фазу с геликоидальным антиферромагнитным упорядочением, которая устойчива до примерно TN1=210 К. При TN1, окись меди переходит в антиферромагнитное состояние с коллинеарным соразмерным упорядочением. В интервале между TN1 и TN2 CuO является сегнетоэлектриком со спонтанной поляризацией вдоль кристаллографической оси b. В работе [4] были обнаружены области (полосы), в которых ионы меди находились в зарядовом состоянии Cu3+.

Изменение свойств окиси меди при уменьшении размеров изучалось ранее на примере ансамблей наностиц, полученных золь-гель методом и посредством реакции преципитации [3,5-8]. Значительное внимание уделялось вопросу обнаружения суперпарамагнитного поведения наночастиц. Выявленная бифуркация кривых температурной зависимости намагниченности при стандартных измерениях в процессе нагрева в магнитном поле после охлаждения без поля и последующего охлаждения в поле допускала противоречивую интерпретацию: как следствие суперпарамагнетизма и как проявление свойств спинового стекла. В работе [3] изучалось изменение температуры перехода в несоразмерную фазу с анитисегнетоэлектрическим упорядочением при изменении размера наночастиц. Было получено, что TN сильно снижается уже для размеров частиц 28 и 18 нм. Акустических исследований систем наночастиц CuO ранее не проводилось.

В настоящей работе приводятся результаты акустических и диэлектрических исследований нанокомпозита на основе пористого стекла с размером пор 8 nm с введенными в поры наночастицами CuO.

2. Образцы и эксперимент.

В качестве нанопористых матриц использовались пористые стекла, приготовленные из одного моноблока боросиликатного стекла путем выщелачивания в кислоте. Средний размер пор 8 нм определялся методом ртутной порометрии и контролировался методом электронной микроскопии (TEM).

Частицы окиси меди в порах были получены термическим разложением нитрата меди Cu(NO3)2.

Степень заполнения пор составляла 55%. Заполнение пор определялось путем взвешивания образцов.

Спектры порошковой дифракции рентгеновского излучения показали, что в порах имеется только CuO с XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН такой же структурой, как и объемная окись меди (моноклинная симметрия с пространственной группой C2/c).

Измерения скорости продольных ультразвуковых волн проводились импульсно-фазовым методом на частотах около 7 МГц в температурном диапазоне 150–370 K. Диэлектрические измерения проводились на частотах от 25 Гц до 1 МГц в том же температурном диапазоне.

3. Экспериментальные результаты и обсуждение.

На Рис.1 представлены результаты для температурной зависимости относительного изменения скорости ультразвука при нагреве от комнатной температуры до 370 К, последующем охлаждении до 150 К и нагреве до 370 К. Измерения показали, что такое поведение относительной скорости воспроизводится при повторных термических циклах. Из Рис.1 видно, что для скорости ультразвука наблюдается значительный температурный гистерезис на фоне приблизительно линейного изменения скорости с температурой вне области гистерезиса.

Рис.1. Температурная зависимость относительного изменения скорости продольного ультразвука v/v. Стрелки Используя данные, показанные на Рис.1, можно построить график температурной зависимости отклонения скорости в области гистерезиса от регулярной зависимости. Этот график представлен на Рис.2. Видно, что изменение скорости выявляет наличие некоторого процесса в исследуемом нанокомпозите. Начало этого процесса находится при температуре около 170–180 К, а окончание – в области 350–360 К. Характерные температуры выявленного процесса значительно отличаются от температур магнитных фазовых переходов в окиси меди. Следовательно, этот процесс связан с другими свойствами наночастиц окиси меди. С другой стороны, в окиси меди были обнаружены зигзагообразные полосы, в которых ионы меди находятся в зарядовом состоянии Cu3+ [4]. Это позволяет выдвинуть предположение, что аномальное поведение температурной зависимости скорости определяется таким регулярным распределением в образце зарядового состояния ионов меди. По своему характеру гистерезис скорости на Рис.2 напоминает температурное изменение скорости в нанокомпозиционных материалах при фазовых переходах плавление и кристаллизация или стеклование наночастиц, введенных в поры.

Увеличению скорости на фоне обычной регулярной температурной зависимости отвечает затвердевание частиц в порах, а уменьшению скорости – переход в жидкое состояние.

Для того, чтобы выявить дополнительные особенности обнаруженного в нанокомпозите с введенными наночастицами CuO процесса, отражающегося на акустических свойствах нанокомпозита, были проведены исследования зависимости скорости от температуры при частичных циклах нагревохлаждение. В ходе таких частичных циклов ход изменения температуры изменяется на обратный до окончания гистерезисных явлений.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Рис.2. Температурная зависимость отклонения скорости ультразвуковых волн от регулярного изменения с температурой при нагреве и охлаждении. Стрелки показывают направление изменения температуры.

Примеры изменения относительной скорости продольных ультразвуковых волн в ходе частичных температурных циклов показаны на Рис.3. Видно, что изменения скорости при частичных температурных циклах имеют необратимый характер, то есть при нагреве (или охлаждении) скорость не следует зависимости, полученной при предшествующем охлаждении (или нагреве). Необратимый характер изменения физических свойств обычно наблюдается при фазовых переходах первого рода. Это дает дополнительные основания предполагать, что аномалии скорости ультразвука в нанокомпозите с наночастицами окиси меди могут быть обусловлены переходами структуры зарядовых полос из жидкого в твердое состояние.

Рис.3. Температурная зависимость относительного изменения скорости продольных ультразвуковых волн при частичных циклах охлаждение–нагрев после предварительного прогрева. Светлые символы – охлаждение, темные – нагрев. Цикл 1 (квадраты): охлаждение от 368 K до 150 K, затем нагрев до 274 K. Цикл (треугольники): охлаждение от 274 K до 151 K, затем нагрев до 370 К. Цикл 3 (кружки): охлаждение от 370 K Изменение диэлектрической проницаемости от температуры при различных частотах представлено на Рис.4.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Рис.4. Температурная зависимость вещественной части диэлектрической проницаемости в диапазоне частот от Как видно из Рис.4, вещественная часть диэлектрической проницаемости не имеет заметных аномалий при магнитных фазовых переходах. Однако существенное возрастание проницаемости с температурой может быть связано с зарядовой перестройкой в системе ионов меди.

Проведенные в настоящей работе акустические исследования нанокомпозита на основе пористого стекла с введенными в поры наночастицами окиси меди выявили ранее не известные аномалии, которые позволяют предположить фазовый переход в системе полос зарядового состояния ионов меди из замороженного в подвижное состояние. Диэлектрические измерения не противоречат такому предположению.

ЛИТЕРАТУРА

1. T. Kimura, Y. Sekio, H. Nakamura, T. Siegrist, A. P. Ramirez. Cupric oxide as an induced-multiferroic with high-Tc // Nature mater. 2008. V.7. P.291–294.

2. G. Giovannetti, S. Kumar, A. Stroppa, J. van der Brink, S. Picozzi, J. Lorenzana. High-Tc Ferroelectricity Emerging from Magnetic Degeneracy in Cupric Oxide // Phys. Rev. Lett. 2011. V.106. P.026401.

3. A. Punnoose, H. Magnone, M. S. Seehra, J. Bonevich. Bulk to nanoscale magnetism and exchange bias in CuO nanoparticles // Phys. Rev. B. 2001. V.64. P.174420.

4. X. G. Zheng, C.N. Xu, Y. Tomokiyo, E. Tanaka, H. Yamada, Y. Soejima. Observation of Charge Stripes in Cupric Oxide // Phys. Rev. Lett. 2000. V.85. P.5170–5173.

5. G. N. Rao, Y. D. Yao, J. W. Chen. Superparamagnetic behavior of antiferromagnetic CuO nanoparticles // IEEE Trans. on magnetics. 2005. V. 41. P.3409–3411.

6. S. Rehman, A. Mumtaz, S. K. Hasanain. Size effects on the magnetic and optical properties of CuO nanoparticles // J. Nanopart. Res. 2011. V.13. P.2497-2507.

7. V. Bisht, K. P. Rajeev, S. Banerjee. Anomalous magnetic behavior of CuO nanoparticles // Solid State Commun.

2010. V.150. P.884–887.

8. R. S. Bhalerao-Panajkar, M. M. Shirolkar, R. Das, T. Maity, P. Poddar, S. K. Kulkarni. Investigations of magnetic and dielectric properties of cupric oxide nanoparticles // Solid State Commun. 2011. V.151. P.55–60.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН УДК 534.222. А.Л. Пирозерский1, Е.В. Чарная1, А.И. Недбай1, М.И. Самойлович2, П.В. Великоруссов1, Е.В. Шевченко1, Е.Н. Латышева

АКУСТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗМЕРНЫХ ЭФФЕКТОВ ПРИ ПЛАВЛЕНИИ И

КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ДЕКАНА В ПОРАХ СИНТЕТИЧЕСКИХ ОПАЛОВ

Физический факультет, Санкт-Петербургский государственный университет Россия, 198504, С.- Петербург, Петродворец, ул.Ульяновская д. ОАО ЦНИТИ "Техномаш", Россия, 121108, Москва, ул. Ивана Франко, Тел.: (812) 428-4330; Факс: (812) 428- E-mail: piroz@yandex.ru; charnaya@mail.ru В настоящей работе приводятся результаты исследований плавления и кристаллизации декана, введенного в поры опаловых матриц. Исследовались опаловые матрицы двух типов – исходная, с пористостью около 24%, и протравленная в растворе щелочи, с пористостью ~45%. Матрицы заполнялись химически чистым деканом (CH3(CH2)8CH3), после чего проводились измерения скорости ультразвука импульсно-фазовым методом на частотах около 7 MHz в температурном диапазоне 170–290 K. Обнаружено смещение температур плавления и кристаллизации относительно температуры плавления объемного декана (245.25 K), значительный температурный гистерезис между ветвями плавления и кристаллизации. Процесс плавления был существенно размыт по температуре, процесс кристаллизации происходил в узком температурном диапазоне. На кривых плавления и кристаллизации декана в протравленной опаловой матрице наблюдались ступеньки, что указывает на наличие пор разного размера и согласуется с увеличением пористости этой матрицы, соответствующей открытию пор второго порядка.

наноструктурированных материалов – малых частиц и нанопорошков, тонких пленок, нанокомпозитов. В частности, большое внимание уделяется изучению особенностей свойств веществ, введенных в пористые матрицы с размером пор в диапазоне от единиц до сотен нанометров. Было показано, что условия ограниченной геометрии могут приводить к формированию в порах кристаллических модификаций, отличных от объемных, существенно сказываться на атомной и молекулярной подвижности в жидкостях, смещать температуры фазовых переходов и в ряде случаев менять их характер. Ярким примером является влияние ограниченной геометрии на процессы плавления и кристаллизации. Плавление и кристаллизация в нанопорах изучались особенно активно в связи с особой практической важностью этих фазовых переходов. Исследования проводились для многих органических жидкостей, воды, гелия, водорода, легкоплавких металлов и др. (см., например, [1] и ссылки в этой работе). В таких исследованиях использовались различные экспериментальные методы, среди которых значительное место занимает ультразвуковая спектроскопия. Были выявлены общие закономерности термодинамических размерных эффектов при плавлении и кристаллизации в порах, наряду с особенностями, присущими конкретным материалам. К общим чертам, прежде всего, относится смещение температур плавления по сравнению с точкой плавления объемных материалов, величина и знак которого зависит от размера частиц в порах и от соотношения коэффициентов поверхностного натяжения для жидкой и твердой фаз и матрицы. Кроме того, наблюдалось значительное размытие областей плавления и кристаллизации наряду с широким температурным гистерезисом при нагреве и охлаждении. Специфические особенности плавления и кристаллизации в ограниченной геометрии связаны со смачиваемостью стенок пор материалами в порах, механическими напряжениями, возникающими в образце при фазовых переходах, возможным образованием нескольких структурных модификаций при кристаллизации в порах, возможностью появления жидкого слоя на поверхности твердой фазы при плавлении и другие эффекты. Влияние перечисленных выше факторов выяснено далеко не полностью, и интерпретация экспериментальных данных часто носит дискуссионный и противоречивый характер, что приводит к необходимости проведения дальнейших исследований на более широком круге материалов. Наряду с многочисленными нерешенными фундаментальными проблемами, относящимися к плавлению и кристаллизации в ограниченной геометрии, имеются и вопросы методического характера, связанные с применимостью различных экспериментальных методик к фазовым переходам материалов в порах и с трактовкой получаемых результатов.

В настоящей работе приводятся результаты акустических исследований фазовых переходов плавление и кристаллизация декана, введенного в межсферические поры опаловых матриц. Ранее плавление декана в условиях ограниченной геометрии исследовалось только методом дифференциальной XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН сканирующей калориметрии в образцах силикагеля с размером пор 8.5 нм [2] и акустическими методами в образцах пористого стекла [3].

2. Образцы и эксперимент.

Образцами для исследования служили композиты, полученные введением в поры опаловых матриц химически чистого декана. В качестве матриц использовались опаловые матрицы с разной пористостью, которые представляют собой решетчатую упаковку шаров из рентгеноаморфного кремнезема с диаметром около 260 нм. Эти шары в свою очередь состоят из шаров меньшего размера (~ 30–40 нм). Исследовались заполненные опаловые матрицы двух типов – исходная, с пористостью около 27%, и дополнительно протравленная в растворе KOH, с пористостью ~44%.

Декан имеет химическую формулу CH3(CH2)8CH3; при охлаждении он кристаллизуется.

Температура плавления объемного декана равна 245.25 K. Преимуществом декана является то, что он полностью смачивает поверхность силикатного стекла и практически не растворяется в воде. Жидкий декан вводился в пористые матрицы при комнатной температуре.

Измерения проводились импульсно-фазовым методом [4] на продольных акустических волнах на частотах около 7 MHz. При этом сравнивались сигналы от двух акустических импульсов – отраженного от передней грани образца и прошедшего через образец один раз. В интервале 165–295 K снимались температурные зависимости относительного изменения скорости ультразвуковых волн v/v0 = [ v(T) – v(T=295 K) ]/v(T=295 K) с погрешностью 0.1 % (по разбросу). При комнатной температуре измерялась абсолютная скорость звука с погрешностью не более 1%. Образцы имели форму параллелепипедов объемом около 0.5 см3. Акустический контакт образца со звукопроводами осуществлялся с использованием вакуумной смазки Apiezon N.

3. Экспериментальные результаты.

На Рис.1 представлены температурные зависимости изменения скорости продольных ультразвуковых волн относительно значения при комнатной температуре в образце исходной опаловой матрицы, заполненной деканом. Температурный цикл соответствует охлаждению от комнатной температуры, при которой декан находится в жидком состоянии, до 165 K, существенно ниже полного окончания кристаллизации, и последующему нагреву до первоначальной температуры.

Рис.1. Температурная зависимость относительного изменения скорости продольных ультразвуковых волн при плавлении и кристаллизации декана в порах синтетического опала. Светлые символы – охлаждение, темные – На Рис.1 плавлению и затвердеванию декана в порах отвечают области сильного нелинейного изменения скорости. Акустические аномалии такого вида характерны для подобных композитов.

Температурные зависимости скорости, полученные при охлаждении и нагреве, различаются и характеризуются петлей гистерезиса. Как видно из Рис.1, основной рост скорости при кристаллизации XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН происходил в узком температурном интервале. Средняя температура кристаллизации Tf составляла 233 K.

Обратное этому росту уменьшение скорости при нагреве происходило в несколько более широком температурном интервале. Началу процесса плавления можно сопоставить температуру, при которой становится заметным отклонение относительной скорости от линейной зависимости. Замыкание петель гистерезиса скорости и выход температурной зависимости скорости при нагреве на линейный участок соответствует окончанию плавления декана в порах. Средняя температура плавления Tm равнялась 237 К.

На Рис.2 представлены температурные зависимости изменения скорости продольных ультразвуковых волн в образце заполненной деканом опаловой матрицы, подвергнутой дополнительной обработке в щелочи. Для этого образца петля гистерезиса между кривыми скорости, соответствующими плавлению и кристаллизации, значительно расширялась. Кроме того, расширялись температурные области кристаллизации и плавления и на зависимостях скорости проявлялись ступеньки, особенно заметные при кристаллизации. Средняя температуры нижней ступеньки кристаллизации составляла около 225 К и плавления – 232 К. Таким образом, для обоих образцов области плавления и кристаллизации декана в порах значительно понижались по сравнению с температурой плавления объемного декана.

Рис.2. Температурная зависимость относительного изменения скорости продольных ультразвуковых волн при плавлении и кристаллизации декана в порах опаловой матрицы, протравленной в растворе щелочи. Светлые На Рис.3 показаны температурные зависимости относительных изменений скорости при частичных циклах охлаждение-нагрев для образца обработанной щелочью опаловой матрицы, заполненной деканом, при которых нагрев (охлаждение) начинались раньше, чем заканчивались процессы кристаллизации (плавления).

4. Обсуждение результатов.

Полученные результаты показывают понижение области плавления декана в нанопорах относительно точки плавления объемного декана. При этом, дополнительное понижение температуры плавления декана для образца, прошедшего обработку щелочью, связано с появлением дополнительных пор, появившихся в результате протравливания. Можно предположить, что эти дополнительные поры меньшего размера являются порами второго порядка и отражают фрактальную структуру опаловых матриц.

Понижение температуры плавления декана в порах стеклянных матриц согласуется с поведением ранее исследованных простых и органических жидкостей, а также металлов, введенных в нанопористые матрицы. При интерпретации смещения температур плавления для наночастиц в условиях ограниченной геометрии обычно используются термодинамические модели, разработанные для изолированных сферических частиц (см., например, [1]). К таким моделям относится, например, модель, основанная на уравнении Гиббса-Томпсона. Она приводит к следующему выражению для сдвига температуры плавления малой частицы T=Tm-Tb :

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Рис.3. Температурная зависимость относительного изменения скорости продольных ультразвуковых волн при частичных циклах охлаждение–нагрев для опаловой матрицы, протравленной в растворе щелочи. Зависимости показаны в области 210–250K. Светлые символы – охлаждение, темные – нагрев. Цикл 1 (квадраты):

охлаждение от 292 K до 197 K, затем нагрев до 236 K. Цикл 2 (кружки): охлаждение от 236 K до 199 K, затем нагрев до 256 К. Цикл 3 (треугольники): охлаждение от 256 K до 230 K, затем нагрев до 280 К.

где Tb и Tm – точки плавления объемного материала и частицы, соответственно, sl – коэффициент поверхностного натяжения на границе раздела твердое тело-жидкость, L – скрытая теплота плавления, – плотность частицы, R – ее радиус. Приведенное выше соотношение предсказывает линейную зависимость сдвига температуры плавления малой частицы от обратного радиуса. Последнее согласуется с понижением и расширением области плавления декана для образца, прошедшего дополнительную обработку.

Необратимый характер плавления, который иллюстрируется Рис.3, показывает, что основной причиной расширения температурной области процесса плавления является разброс размеров частиц в порах по размерам. Действительно, каждая отдельная частица, расплавившись при определенной температуре, остается в расплавленном состоянии до температуры кристаллизации, которая значительно ниже из-за гистерезиса при плавлении и кристаллизации. Отметим, что воспроизводимый гистерезис между кристаллизацией и плавлением декана при, соответственно, охлаждении и нагреве образцов, связан, по-видимому, с особенностями гетерогенной кристаллизации в ограниченной геометрии.

Проведенные в настоящей работе экспериментальные исследования плавления и кристаллизации декана, введенного в опаловые матрицы, выявили сдвиг температуры плавления относительно объемного декана и температурный гистерезис при плавлении и кристаллизации декана в порах. Вид петли гистерезиса и температурные интервалы кристаллизации и плавления различались для исходной матрицы и матрицы, прошедшей обработку в щелочи. Различие, по-видимому, обусловлено открытием вторичных пор. Показано, что наиболее вероятной причиной размытия процесса плавления является разброс размеров частиц в порах.

ЛИТЕРАТУРА

1. E.V. Charnaya, Cheng Tien, M.K. Lee, Yu.A. Kumzerov. NMR studies of metallic tin confined within porous matrices // Phys. Rev. B. 2007. V.75. P.144101.

2. C.L. Jackson, G.B. McKenna. The melting behavior of organic materials confined in porous solids // J. Chem. Phys.

1990. V.93. P. 9002–9011.

3. Б.Ф. Борисов, А.В. Гартвик, А.Г. Горчаков, Е.В. Чарная. Акустические исследования плавления и кристаллизации наноструктурированного декана. // Физика Твердого Тела. 2009. V.51. P. 777–782.

4. М.Б. Гитис, И.Г. Михайлов, В.А. Шутилов. // Акустический Журнал. 1969. T.15. С.28.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН УДК Б.Ф. Борисов, П.В. Великоруссов, А.В. Усков, Е.В. Чарная

АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ НАНОПОРИСТЫХ

СИЛИКАТНЫХ МАТРИЦ

ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Россия, 198504 Санкт-Петербург, Старый Петергоф, ул. Ульяновская, д. Тел.: (812)428-4330; E-mail: yskov@yandex.ru Представлены результаты экспериментальных исследований влияния на скорость продольных акустических волн заполнения различных матриц жидкостями: четыреххлористым углеродом, деканом, водой. В качестве пористых матриц использовались пористые стекла, опаловые матрицы и фильтры Шотта. Измерения проводились в диапазоне частот 2-10 MHz. Показано, что при заполнении матриц, скорость ультразвука возрастает для опаловых матриц и фильтров Шотта и уменьшается для пористых стекол. Кроме того, выявлено изменение скорости ультразвука в незаполненных опаловых матрицах в зависимости от коэффициента спекания. Построена теоретическая модель, объясняющая зависимость скорости ультразвука от коэффициента спекания.

Введение Значительный интерес с акустической точки зрения представляют собой нанопористые матрицы с различной структурой пор. К таковым, например, относятся матрицы с губчатой (пористые стекла) и корпускулярной (фильтры Шотта, синтетические опалы) структурой каркаса. При заполнении нанопористых матриц смачивающими жидкостями, в частности, деканом, четыреххлористым углеродом и водой, акустические свойства композитов изменяются. Целью настоящей работы является выявление определенной закономерности влияния заполнения жидкостями на скорость ультразвука в зависимости от структуры каркаса нанопористых матриц. Кроме того, в настоящей работе теоретически и экспериментально исследовалась роль в формировании акустических свойств коэффициента спекания опаловых матриц. Построена соответствующая теоретическая модель.

Эксперимент Для сравнительного анализа основных модельных теорий распространения ультразвуковых волн в гетерогенных средах, проведены измерения скорости продольных ультразвуковых волн в диапазоне частот 2-10 МГц в серии композитов на основе следующих силикатных пористых матриц: 1) микропористые стекла губчатой структуры со средним диаметром пор d 8 нм и пористостью Е=22%; 2) макропористые стекла губчатой структуры со средним диаметром пор d 200 нм и пористостью Е=35%;

3) микропористые стекла Vycor со средним диаметром пор d 4 нм и пористостью Е=28%; 4) корпускулярные фильтры Шотта со средним размером частиц 10, 100 и 160мкм и пористостью плотной упаковки Е30%, 5) опаловые матрицы, пред ставляющие собой плотную упаковку шаров из аморфного кремнезема размером 260-270 нм. При этом исследовались матрицы как незаполненные, так и заполненные различными смачивающими жидкостями: деканом, водой, четыреххлористым углеродом.

Измерения абсолютных значений скоростей продольных ультразвуковых волн проводились методом импульсно-фазового интерферометра [1]. Образцы, выбранные нами для исследования, являются акустически сильно поглощающими материалами. В связи с этим применялся одноимпульсный вариант акустического тракта [2], разработанный специально для условий, когда затруднена работа с эхосигналами в образце.

Акустический контакт между образцом и звуководами осуществлялся в зависимости от конкретных образцов композитов посредством вакуумной смазки (рамзай) или фторопластового уплотняющего материала (ФУМ). Фактор заполнения контролировался путем взвешивания образцов.

Были измерены абсолютные значения скоростей распространения продольных волн для указанных пористых композитов.

Полученные результаты Для корпускулярных матриц (опаловые матрицы и фильтры Шотта) наблюдается увеличение скорости распространения ультразвуковых волн (УЗВ) при заполнении пор жидкостями, в то время как для губчатых (пористые стекла), наоборот, происходит ее уменьшение.

На Рис. 1-4 приведены графики зависимости скоростей продольных УЗВ от типа наполнителя. На оси абсцисс отложено отношение плотностей наполнителя к плотности материала матрицы.

Горизонтальная линия соответствует скорости продольных УЗВ в пустой матрице.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Рис. 1. Зависимость абсолютной скорости продольных ультразвуковых волн Рис. 2. Зависимость абсолютной скорости продольных ультразвуковых волн Рис. 3. Зависимость абсолютной скорости продольных ультразвуковых волн XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Рис. 4. Зависимость абсолютной скорости продольных ультразвуковых волн Кроме того, измерялись скорости ультразвука в незаполненных опаловых матрицах с различной степенью спекания. Показано, что при малой степени спекания скорость продольных ультразвуковых волн была значительно меньше (1,8 3 м/с), тогда как с увеличением степени спекания скорость УЗВ возрастала вплоть до 310 3 м/с. Для интерпретации зависимости скорости УЗВ в опаловых матрицах от степени спекания была построена теоретическая модель.

Обсуждение.

Следует подчеркнуть, что теоретические расчеты по модельным теориям [4] не учитывают принципиальных различий между губчатыми и корпускулярными структурами пористых матиц.

Различные модельные теории [5, 6], включая наиболее широко распространенную в настоящее время модель М. Био (M. Biot), предложенную в серии работ 50–60-х гг. [7-11], а также и ее дальнейшее развитие [11], не акцентируют внимание на подобном принципиальном различии. Однако, как видно из приведенных результатов, этот фактор может играть определяющую роль при интерпретации влияния заполнения жидкостями на скорость УЗВ.

Наблюдаемый эффект можно трактовать следующим образом. Введение в матрицу жидкого смачивающего наполнителя вносит пропорциональный вклад в увеличение средней плотности композита.

Этот фактор, способствующий понижению скорости УЗВ, является общим для всех типов матриц.

Следовательно, принципиальное различие же между губчатыми и корпускулярными структурами заключается в том вкладе, который вносит наполнитель в общий средний модуль упругости М композита.

Рис. 5. График теоретической зависимости скорости продольных УЗВ от коэффициента спекания опала.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Для губчатых структур расчет модуля композита по формуле M = c показывает, что вклад наполнителя в упругость оказывается незначительным, а в композите Vycor-CCl4 в пределах погрешности он равен 0. Таким образом, доминирующую роль здесь играет вклад наполнителя в среднюю плотность, что и приводит к понижению скорости. В корпускулярных структурах вклад наполнителя в упругость, очевидно, превышает его вклад в среднюю плотность, поскольку скорость УЗВ в композите растет при заполнении.

Причины различной упругой реакции этих композитов на заполнение, по всей видимости, объясняются принципиально различным характером структуры исследуемых матриц.

Теоретическая модель, построенная для интерпретации влияния степени спекания опаловых матриц на скорость УЗВ, приводит к зависимости, представленной на Рис. 5.

ЛИТЕРАТУРА

7. McSkimin H.J.// J. Acoust. Soc. Am., V.33 #1, P. 12-16 (1961) Гитис М.Б., Михайлов И.Г., Шутилов В.А. Измерение температурной зависимости скорости звука в твердых образцах малых размеров// Акуст. ж., Т. 15, вып. 1, с. 28-32 (1969) Борисов Б.Ф., канд. диссертация (ф-м н), СПбГУ, 1999, гл. 3.

Николаевский В.Н. и др., Механика насыщенных пористых сред. Издательство «Недра», М., 10.

Кольцова И.С., Распространение ультразвуковых волн в гетерогенных средах гл. 2, 3, 6. Издательство СПбГУ, СПб, 11.

Biot M. A. Theory of elasticity and consolidation for a porous anisotropic solid. // J. App. Phys. 1955. V. 26. № 2. P. 182– 12.

13. Biot M. A. Theory of propagation of elastic waves in a fluid-saturated porous solid. I. Low frequency range. II. Higher freauency range. // J. Acoust. Soc. Am. 1956. V. 28. № 2. P. 168–191.

14. Biot M.A., Willis D.G. The elastic coefficients if the theory of consolidation. // J. Appl. Mech. 1957. V. 24. P. 594–601.

15. Biot M.A. Generalized theory of acoustic propagation on porous dissipative media. // J. Acoust. Soc. Am. 1962. V. 34. P. 1254– Biot M. A. Mechanics of deformation and acoustic propagation in porous media. // J. App. Phys. 1962. V. 33. № 4. P. 1482– 16.

Городецкая Н.С. Волны в пористо-упругих насыщенных жидкостью средах // Акустичний вiсник 2007. Том 10, N 2. С.

17.

УДК 534.22:669.018. А.А.Абрамович*, Е.В.Чарная**, С.П.Беляев***, Н.Н.Реснина***

АКУСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОНОКРИСТАЛЛА TiNi ПРИ ОДНО- И

ДВУХСТУПЕНЧАТОМ МАРТЕНСИТНЫХ ПЕРЕХОДАХ

*С.-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров, Россия, 198095 С.-Петербург, ул.И.Черных, д.4;

**НИИ физики С.-Петербургского государственного университета, ***Математико-механический факультет С.-Петербургского государственного университета Россия, 198504 С.- Петербург, Петродворец;

Тел.: (812) 428-4330; Факс: (812) 428- E-mail: charnaya@paloma.spbu.ru; andrew@ns2740.spb.edu В монокристаллических образцах никелида титана измерены температурные зависимости скоростей и коэффициентов поглощения ультразвуковых волн (УЗВ) с частотами 2,3 – 2,8 МГ различных поляризаций в температурном диапазоне, соответствующем сегнетоэластическим фазовым переходам (ФП). Исследования проведены на образцах одинакового исходного состава, но прошедших различную предварительную термообработку и, вследствие этого, имевших разные схемы и температуры ФП. Все зависимости имели гистерезисный характер, характерный для сегнетоэластиков с фазовым переходом 1 рода, однако с особенностями, ранее не обсуждавшимися в литературе. Полученные данные интерпретируются на основе феноменологической теории Ландау для сегнетоэластических структурных переходов по схемам В2 – В19 и B2RB19.

1.Введение Моно- и поликристаллические сплавы никелида титана (TiNi) принадлежат к классу сплавов с мартенситными фазовыми переходами (ФП) [1,2]. Значительный эффект памяти формы, механическая прочность наряду с высокой демпфирующей способностью, химическая стойкость и хорошая совместимость с биологическими тканями сделали эти сплавы перспективными для практического применения в машиностроении и медицинской технике. Однако для реализации на практике необходимо получить исходный материал в определённом структурном состоянии. В связи с этим необходимо иметь чёткое представление о сложной системе ФП, которая осуществляется по различным схемам в зависимости от температурной и упругомеханической предыстории образца и его состава [3]. На сегодня такие сегнетоэластические ФП, в основном, XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН выявлены и исследованы различными методами, однако до сих пор не существует ясного понимания их микроскопической основы и нет комплексного описания взаимодействия электронной, фононной и кристаллической структур при мартенситных ФП [2]. Следует отметить, что большинство работ посвящено исследованиям поликристаллических сплавов TiNi [4], так как промышленностью уже освоено их производство для практических применений. Однако наблюдаемые эффекты в таких сплавах часто маскируются неоднородностью состава и дополнительным рассеянием упругих волн на границах зерен, что затрудняет интерпретацию результатов. В связи с этим имеется значительный интерес к исследованию монокристаллических сплавов никелида титана, в которых маскирующие эффекты должны иметь наименьшее влияние. В качестве примера акустических исследований таких материалов можно привести работы [5,6], в которых был впервые отмечен эффект «смягчения» упругих констант CL и C44 в области ФП, а также предпринята попытка интерпретации максимумов на температурных зависимостях коэффициента поглощения ультразвуковых волн вблизи фазовых переходов.

В сплавах TiNi при составах, близких к эквимолярному, возможны две схемы ФП: B2B19 или B2R19’[1-3]. Здесь B2–фаза с кубической симметрией, соответствующая высокой температуре (аустенитное состояние); R– фаза с ромбоэдрической симметрией (промежуточные температуры); B19– моноклинная фаза, соответствующая низкой температуре (мартенситное состояние). Эти переходы наблюдались рентгеновскими, дилатометрическими, электрофизическими, а также акустическими методами, которые представляются наиболее информативными, т.к. позволяют надёжно регистрировать непосредственные изменения компонент тензора деформации, связанные с прохождением ФП [1-5]. В настоящей работе, в сравнении с [5,6], акустические исследования проведены, во-первых, для двух образцов монокристаллов одинакового исходного состава, но с различными схемами ФП, во-вторых, в непрерывном режиме «нагрев-охлаждение» и, в-третьих, с использованием ультразвуковых (УЗВ) волн различных поляризаций. Кроме того, для получения наиболее полной информации результаты УЗВ исследований были сопоставлены с данными электрофизических и термометрических измерений в этих же образцах.

2. Образцы и эксперимент Исследованные образцы никелида титана TiNi - I и TiNi - II одинакового состава Ti – 50,8 ат.% Ni были вырезаны из одного монокристалла, выращенного методом Чохральского из расплава, и имели примерно одинаковые размеры: 1,2 х 1,2 х 10,2 мм и 1,1 x 1,2 x 10,1 мм и ориентацию [-112] вдоль наибольшего размера.

Во избежание механических напряжений обработка образцов выполнялась электроискровым методом на специальном оборудовании, после чего проводилась их термообработка. Сначала оба образца нагревали до 9500С и 30 минут закаляли в воде, затем образец TiNi-I отжигали при 4000С в течении часа, а образец TiNi-II – при 5500С 1,5 часа. Образцы имели малое поперечное сечение (~1мм2), поэтому возникали определённые трудности при постановке ультразвуковых исследований [7]. Частота УЗВ находилась в диапазоне 2,3–2,8 МГц для обоих типов волн. Для измерения скоростей УЗВ была использована модификация интерференционной методики, описанной в [8], дающая точность ~0,2%, а измерение изменения коэффициента поглощения производилось по прямому наблюдению амплитуды прошедшего через образец импульса с точностью ~1- 2 %.

Температура образца изменялась со скоростью 1- 2 К/мин в диапазоне от – 40 до + 600 С термоэлектрическим модулем, помещённым в термостат и поддерживалась с точностью ~ 0,10 С.

3. Результаты и обсуждение Исследования температурных зависимостей электрического сопротивления (рис.1) и данные, полученные методом сканирующего калориметра (ДСК) (рис.2) показали различие в схемах и температурах ФП обоих образцов. В образце TiNi-I (рис.1-а), реализуется переход в мартенситную фазу без образования промежуточной R-фазы. Отжиг TiNi - II способствует тому, что в материале при охлаждении реализуется Рис. 1. Температурные зависимости сопротивления R(T), полученные при охлаждении и нагреве:

Рис. 2. ДСК-калориметрические кривые для: а) образец TiNi - I; б) TiNi – II. Скорость изменения температуры цепочка В2 R В19’ превращений, интервалы которых не перекрываются (рис. 1- б и 2-б). При нагреве же ФП реализуется без образования R-фазы. На рис.2 стрелками показаны температуры начала и окончания ФП.

На рис.3,4 приведены температурные зависимости скоростей VL, VS для продольных и поперечных УЗВ волн в исследованных образцах, снятые в режиме непрерывного охлаждения и нагрева. Приведённые на рис.

3,4 результаты УЗВ измерений демонстрируют следующие основные закономерности. В образце TiNi-I скорости УЗВ имеют значительные аномалии в области ФП из аустенитной фазы В2 в мартенситную B19.

Рис.3. Температурные зависимости скоростей УЗВ в образце TiNi-I: а) продольные волны;

Рис.4. Температурные зависимости скоростей УЗВ в образце TiNi-II: а) продольные волны;

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Для сдвиговых волн скорость начинает заметно уменьшаться при температурах, примерно на 400С выше ФП, достигает минимума ближе к температуре окончания перехода и затем возрастает до величины, несколько превышающей скорость при высокой температуре. При нагреве минимум скорости смещается к высоким температурам на ~ 150С, что превышает гистерезис, определяемый по калориметрическим кривым. Скорость продольных волн уменьшается при охлаждении выше ФП значительно слабее, но ниже ФП её относительный рост сравним с возрастанием скорости сдвиговой волны. Минимумы скоростей по температуре совпадают для волн обеих поляризаций. Для образца TiNi-II отчётливо видны аномалии скорости при ФП B2R в процессе охлаждения и при переходе B19B2 при нагреве. Температурный гистерезис между этими переходами лучше согласуется с данными калориметрии, особенно при нагреве. На температурной зависимости скорости сдвиговых УЗВ можно также видеть слабое уменьшение скорости ниже -300С, что, по-видимому, обусловлено переходом промежуточной R-фазы в мартенситную B19. Следует отметить, что минимум скорости сдвиговых УЗВ для перехода B19B2 значительно глубже, чем для перехода B2R. Необычным в температурных зависимостях Lи S является наличие нескольких пиков поглощения в диапазоне температур прямых и обратных ФП для обоих образцов, не наблюдавшихся ранее в поликристаллическом никелиде титана.

Мартенситные переходы относятся к сегнетоэластическим фазовым переходам и допускают интерпретацию на основе феноменологической теории Ландау, исходящей из симметрии исходной и конечной фаз. В настоящее время установлено, что высокотемпературная фаза никелида титана имеет упорядоченную кубическую ОЦК решетку B2 (пространственная группа Pm3m, точечная группа m3m). Если при при охлаждении происходит прямой ФП в моноклинную фазу по типу B2B19 с пространственной группой симметрии P21/m (точечная группа 2/m), то согласно общей схеме ФП из симметрии m3m в симметрию 2/m является собственным сегнетоэластическим фазовым переходом [9]. При этом в никелиде титана ось второго порядка низкосимметричной фазы ориентируется в плоскости xy высокотемпературной фазы под углом 45° к кубической оси [3]. Теоретико-групповой анализ перехода показывает [9], что он описывается двумя параметрами порядка: трехкомпонентным [4,5,6] и двухкомпонентным [0,1+2-23], где i – компоненты тензора деформации; i-индексы Фойгта. Один из этих параметров порядка является первичным и отвечает за фазовый переход, а второй является вторичным. До настоящего времени в литературе отсутствует информация, какой из параметров порядка первичен. Из вида тензора нелинейных модулей упругости 3 порядка следует, что в разложении Ландау присутствует член, содержащий куб параметра порядка, и такой переход с необходимостью является переходом 1 рода, что согласуется с экспериментальными данными. Параметрам порядка для данного ФП соответствуют модуль упругости c44 и комбинация модулей упругости c11-c12. Таким образом, в области мартенситного фазового перехода либо модуль c44, либо комбинация модулей c11-c12 должны смягчаться, тогда как все остальные модули должны испытывать при переходе только скачок, так как соответствующие деформации связаны с первичным параметром порядка только за счет модулей упругости третьего порядка. Кроме того, для перехода 1 рода должен наблюдаться температурный гистерезис со сдвигом аномалий в область низких температур при охлаждении.

Что касается поглощения УЗВ в исследованных образцах, то известно, что величины Lи S в кристаллическом материале определяется его кристаллической решёткой, дефектностью структуры и обычно возрастают с частотой и температурой [8]. При фазовых переходах на температурных зависимостях часто наблюдаются заметные пики поглощения. При сегнетоэластических ФП в веществе возникают «упругие домены», наличие и движение которых вызывает сильное дополнительное затухание, однако, в нашем случае несколько последовательных пиков поглощения УЗВ волн обеих поляризаций наблюдались и выше температуры АS, т.е. при отсутствии упругих доменов, что не может быть объяснено общепринятыми моделями сегнетоэластических ФП.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 
Похожие работы:

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ МИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВЫСШИЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ ИНФОРМАЦИОННОЕ СООБЩЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЕ СООБЩЕНИЕ РЕДАКЦИОННО-ИЗДАТЕЛЬСКОГО ОТДЕЛА РЕДАКЦИОННО-ИЗДАТЕЛЬСКОГО ОТДЕЛА МИНСК 2009 МИНСК 2009 1 Данное Информационное сообщение, подготовленное редакционно-издательским отделом совместно с учебно-методическим отделом, предлагает преподавателям, сотрудникам и студентам колледжа ознакомиться с перечнем и кратким содержанием...»

«Информационные процессы, Том 13, № 4, 2013, стр. 306–335. 2013 Кузнецов, Баксанский, Жолков. c ИНФОРМАЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ От прагматических знаний к научным теориям. II Н.А. Кузнецов, О.Е.Баксанский, С.Ю.Жолков Институт радиотехники и электроники, Российская академия наук, Москва, Россия Институт философии, Москва, Россия НИУ нефти и газа им. И.М.Губкина, Москва, Россия Поступила в редколлегию 23.09.2013 Аннотация—Анализ априоризма в его “классическом” понимании и определение границ, в...»

«1 СБОРНИК РАБОЧИХ ПРОГРАММ Магистерская программа Радиолокационные и телевизионные системы по направлению подготовки 210400 “Радиотехника” Содержание № наименование Стр. Математическое моделирование радиотехнических устройств и систем 1.1.01 2 История и методология науки и техники (применительно к радиотехнике) Иностранный язык 1.2.01 22 Основы современной математики 1.2.02 Теория сл.процессов и стат. синтеза РТУ 1.2.03 Устройства приема и обработки сигналов 2.1.01 Устройства генерирования и...»

«Левин В.И., Кроп А.Д. Разработка методики инженерного расчета радиоизмерительной аппаратуры на надежность (отчет по НИР) (научный руководитель В.И. Левин) // НИИ радиоизмер. техники, Каунас, 1961. (Удостоверение о регистр. № 30683 от 27. 07. 1962 Комитета по делам изобр. и открытий) (8,0 п.л.) Левин В.И., Буожис С. С. Об одном методе оценки схемной надежности радиоизмерительной аппаратуры. (тезисы доклада) // Сб. докладов и сообщений II Ленинградской научно - технич. конфер. по повышению...»

«ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ 5 РОССИИ РАДИОЭЛЕКТРОНИКА 2007 Региональные секции СОДЕРЖАНИЕ редакционного совета Электродинамика, микроволновая Восточная техника, антенны Председатель – А. Г. Вострецов, д-р техн. наук, профессор, проректор по научной работе Новосибирского Королев К. Ю., Пахотин В. А., Маклаков В. Ю., государственного технического университета. Ржанов А. А. Анализ эффективности Заместитель председателя – А. А. Спектор, многоканальных антенных систем д-р техн. наук,...»

«Отчет ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН по целевой программе Президиума РАН Поддержка молодых ученых за 2012 год: Федеральное государственное бюджетное учреждение наук и Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (включая Фрязинский, Саратовский и Ульяновский филиалы) в рамках интеграции с Вузами имеет 11 научно-образовательных центров, в которых обучается 538 cтудентов и 55 аспирантов, 1 докторант, 7 соискателей: 1. Кафедра твердотельной электроники и...»

«Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования СанктПетербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича. Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, Сергеев Валерий Варламович Официальные оппоненты: Сороцкий Владимир Александрович, доктор технических наук, доцент, СанктПетербургский государственный политехнический университет, кафедра радиотехники и телекоммуникаций,...»

«Научно – производственное предприятие Телемак. Саратов. Аппарат микроволновой терапии Акватон www.telemak-saratov.ru www.aquatone.su market@ telemak-saratov.ru 8 – 8452- 488295, - 96, - 97. О компании. Научно-производственное предприятие Телемак образовано в в 1992 году. Основным направлением в настоящее время является разработка и производство оборудования для сетей кабельного и эфирного ТВ. Продукция предприятия поставляется практически во все регионы РФ и ряд стран ближнего зарубежья....»

«ХАЛИКОВА МАЛИКА ОЛИМОВНА ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НИЗКОВОЛЬТНЫХ ЦИФРОВЫХ СХЕМ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ Специальность: 5А552005 – Радиотехнические устройства и средства связи ДИССЕРТАЦИЯ На соискание академической степени магистра Работа рассмотрена Научный руководитель и допускается к защите _ зав. кафедрой _ _ 2009 г. Научный консультант _ ТАШКЕНТ...»

«Некоммерческое акционерное общество АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ Кафедра Телекоммуникационных систем Специальность Радиотехники, электроники и телекоммуникации Допущен к защите И. о. зав. Кафедрой Шагиахметов Д.Р. __2013г. МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ пояснительная записка Тема Оценка параметров качества IP – телефонии_ Магистрант _ Байузаков О.Ж. подпись (Ф.И.О.) Руководитель диссертации проф. Казиева Г.С. подпись (Ф.И.О.) Рецензент Начальник отдела IP/TV г. Алматы подпись (Ф.И.О.)...»

«ПЕРЕЧЕНЬ НОРМАТИВНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ПО НАДЗОРУ ЗА ИСТОЧНИКАМИ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ. 1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ СанПиН, СН 1. СН 2971-84 Санитарные нормы и правила защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты. 2. ОБУВ 5060-89 Ориентировочные безопасные уровни воздействия переменных магнитных полей 50 Гц при производстве работ под напряжением на ВЛ 220-1150 кВ. 3. ПДУ 2550-82.Предельно допустимые...»

«Кажинский Бернард Биологическая радиосвязь Бернард Кажинский Бернард Бернардович Кажинский БИОЛОГИЧЕСКАЯ РАДИОСВЯЗЬ ВМЕСТО ПРЕДИСЛОВИЯ ОТ АВТОРА ГЛАВА I ЯРКИЙ СЛУЧАИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РАДИОСВЯЗИ Поиски аналогий Нервная система и радиотехника Первые вылазки в свет Лабораторные опыты ГЛАВА II СРЕДИ ЧЕТВЕРОНОГИХ И ПЕРНАТЫХ ДРУЗЕЙ В. Л. ДУРОВА Собака Марс посрамляет скептиков Я в роли подопытного Клетка Фарадея Загадка двух чисел Решающие опыты советских ученых Радиосвязь у насекомых ГЛАВА III ЛУЧИ...»

«Некоммерческое акционерное общество АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ Кафедра Телекоммуникационные системы Специальность 6M071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникации ДОПУЩЕН К ЗАЩИТЕ Зав. кафедрой к.т.н., _Шагиахметов Д.Р. (ученая степень, звание, ФИО) (подпись) г __2014 МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ пояснительная записка на тему: Анализ применения технологии MIMO на базе оборудования SkyMAN Магистрант Калыков О.Т. _ группа ИТСп-12- Руководитель к.х.н., ст преподаватель _ Данько...»

«1. Информация из ГОС 1.1. Вид деятельности выпускника. Дисциплина охватывает круг вопросов относящиеся к проектноконструкторской деятельности выпускника: • проектная; • научно-исследовательская; • производственно-технологическая; • организационно-управленческая; • сервисно-эксплуатационная. 1.2. Задачи профессиональной деятельности выпускника. В ГОС-2 указаны следующие задачи профессиональной деятельности выпускника, рассматриваемые в дисциплине: а) проектная деятельность: • разработка...»

«Некоммерческое акционерное общество АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ Кафедра Телекоммуникационные системы Специальность_6M071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникации ДОПУЩЕН К ЗАЩИТЕ Зав. кафедрой к.т.н., Шагиахметов Д.Р. (ученая степень, звание, ФИО) (подпись) г. __2014 МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ пояснительная записка на тему: Анализ метода повышения эффективности системы сотовой связи Магистрант Дадамбаев Б.О. группа МТСп-12- _ (Ф.И.О.) (подпись) Руководитель PhD, профессор...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Домбровский А.Н. СТОХАСТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАНС И ФИЛЬТРАЦИЯ СИГНАЛОВ В НЕЛИНЕЙНЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.12.04 (радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения) МОСКВА 2009...»

«Некоммерческое акционерное общество АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ Кафедра Телекоммуникационные системы_ Специальность_6M071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникации ДОПУЩЕН К ЗАЩИТЕ Зав. кафедрой к.т.н., _Шагиахметов Д.Р. (ученая степень, звание, ФИО) (подпись) г. __2014 МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ пояснительная записка на тему: Позиционирование мобильных объектов в беспроводных сенсорных сетях Магистрант_Дарибаева Ж.М. _ группа МТСп-12- (Ф.И.О.) (подпись) Руководитель_PhD,...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ И НАУКЕ ФГАОУ ВПО СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА СФУ РАДИО ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ (2000-2014 г.г.) Список литературы Красноярск2014 Содержание 1. Радиолокация, радиолокационные системы 3 2. Радионавигация, радионавигационные системы 25 3. Радионавигационные системы (морские, наземные, спутниковые.) ГЛОНАСС, GPS, Galileo и др. 31 4. Авианавигация 5. Радиотехнические системы, радиотехнические системы передачи информации 6. Радиопередающие...»

«144 ГЛАВА 5 РАСТРОВАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ 5.1. ВВЕДЕНИЕ Принципиально новая идея построения электронного микроскопа была сформулирована в 1935 году М.Кнолем (идея оптического сканирующего микроскопа была ранее высказана и реализована одним из создателей современного телевидения В.К.Зворыкиным в 1924 году) [1-5]. Согласно этой идее изображение объекта формируется последовательно по точкам и является результатом взаимодействия электронного пучка (зонда) с поверхностью образца. Каждая точка...»

«ВВЕДЕНИЕ Быстрое развитие микроэлектронных технологий, рост степени интеграции и функциональной сложности привели к тому, что основу элементной базы большинства современных радиоэлектронных и вычислительных устройств составляют большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС), содержащие сотни тысяч и миллионы транзисторных структур на полупроводниковом кристалле. При этом все шире используются специализированные (заказные и полузаказные) СБИС, при помощи которых достигается значительное...»





Загрузка...



 
© 2014 www.kniga.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, пособия, учебники, издания, публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.