Новые перспективные экологически чистые сегнетокерамические материалы для пироэлектрических термометров Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

МИС-2002

Ультразвуковые и акустические приборы в медико-биологической практике

Секция: Ультразвуковые и акустические приборы в медико-биологической практике

УДК 537.226.82:621.384.3

НОВЫЕ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЕ СЕГНЕТОКЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕРМОМЕТРОВ А.В. Бородин, Ю.Н. Захаров, Л.А. Резниченко, О.В. Наскалова

Научно-исследовательский институт физики при Ростовском госуниверситете, 344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 194, тел.-факс: 863-2-43-40-55

Пироэлектрический термометр, в отличие от всех известных термометрических средств, обладает уникальным свойством определения как абсолютного значения изменения температуры, так и скорости ее изменения /1/. Этот эффект достигается на одном активном элементе из пироэлектрического материала при изменении режима измерения по нагрузочному сопротивлению (Ян) от Ян>Ях(1) до Ян<<Ях (2), где Ях полное сопротивление активного элемента.

К настоящему времени в НИИ физики РГУ разработаны материалы на основе ниобатов щелочных металлов (НЩМ): КаКЬ03-ККЬ03 и КаКЬ03-ЫКЬОз и технологии их изготовления в широком интервале концентраций компонентов. В ряде из них обнаружены пироэлектрические свойства, представляющие интерес для практического применения.

Для сравнительной оценки качества материала для пироэлектрических применений в режимах (1) и (2) используются эмпирически полученные

соотношения: ^ =Уа • р • С-1 (4з/£0 )"1(3) и ^2 = уй -р1 • С-1 (4)

соответственно. Здесь: БмЬ Бм2 - факторы качества в режимах (1) и (2), У а -

пирокоэффициент в динамическом режиме измерения, р и С - удельные

плотность и теплоемкость, е^ /е0 - относительная диэлектрическая

проницаемость. Проведем сравнение Бм1 и Бм2 для лучшего отечественного пироэлектрического материала на основе сегнетокерамики ЦТС (ПКР-11) с уа

= 5,510-4 Кл м-2 К-1, еТ/е0 = 300, р = 7,8 г-см-3, с =1,4 Дж-г^К'1; и НЩМ

(Ка о,89 Li0.11 КЬ03) с уа =2,5 10-4 Клм^К'1, еТъъ/е0 =120, р=4,4 г-см-3, с=0,9 Дж-г'1-К'1.

В результате, имеем: Бмцнщм) / Рмцпкр-п) =2,85, Рм2(нщм) / Рм2 (пкр-11)=1,25. Оценка чувствительности по температуре для элемента НЩМ диаметром 10 мм и толщиной 1мм при Ян~ 100 ГОм дает значение ~ 1000

В К"1, а при RH —100 МОм чувствительность по скорости изменения температуры соответствует 30 ВсК"1.

Полученные значения указанных параметров не достижимы для всех известных к настоящему времени детекторов тепловой энергии других типов.

НЩМ, экологически чистые в производстве, не содержащие вредных для здоровья человека свинецсодержащих компонентов, могут быть с успехом использованы в медицине для измерения тепловых параметров тела человека.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.К.Новик, Н.Д.Гаврилова, Н.Б.Фельдман. Пироэлектрические преобразователи.- М.: Сов.радио, 1979, 176 с.

УДК 537.225.4

НИОБАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТЕХНИКИ А.Н. Рыбянец, Л.А. Резниченко, В.В. Ахназарова, Е.В. Сахкар

Научно-исследовательский институт физики Ростовского государственного университета, 344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 194; тел. (863-2) 4340-66; факс: (863-2) 43-40-44 E-mail: sakh@ip.rsu.ru

Работа продолжает цикл исследований, предпринятых в [1], по изучению электрофизических свойств пористых и композиционных материалов на основе ниобатных пьезокерамик с целью определения возможностей их использования в медицинской ультразвуковой технике.

В качестве основ использовались твердые растворы на основе ниобатов натрия, калия, лития. Композиты получали стандартным методом "разрезания и заполнения". Использовали полимерные матрицы двух типов: пластифицированная эпоксидная смола и полиуретановые композиции. Для получения высококачественной полимерной фазы применяли вакуумную заливку полимерных композиций с соответствующими растворителями. Пористую керамику получали методом выжигания порообразователя, в качестве которого использовали комплексы органических соединений с различными реологическими и физическими характеристиками.

Разработанные пористые керамики и 1-3 композитные материалы имеют более высокие пьезоэлектрические параметры и улучшенные резонансные характеристики

Импедансная и фазовая характеристики таких материалов более гладкие и не содержат паразитных резонансов, резонансный промежуток их шире, а характерное отношение импедансов Za/Zr меньше по сравнению с обычными керамическими элементами сопоставимых размеров.

Результаты выполненных систематических исследований позволили разработать технологию изготовлению пористой и композитной ниобатной керамики, обеспечивающую воспроизводимость результатов.