CC BY
26
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТЕМПЕРАТУРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЧАСТОТ КРИСТАЛЛА KTP Хамоян А.Г.1, Веденяпин В.Н.2, Журков С.А.3 Email: Khamoyan1798@scientifictext.ru
'Хамоян Аваг Гургенович — младший научный сотрудник; 2Веденяпин Виталий Николаевич - научный сотрудник;
3Журков Сергей Александрович - научный сотрудник, Институт геологии и минералогии Сибирское отделение Российской академии наук, г. Новосибирск
Аннотация: в работе проводилось исследование зависимости поведения резонансных частот от температуры кристалла. Описана температурная характеристика частот кристалла KTP (KTiOPO4) при резонансных частотах. Измерена зависимость упругих и пьезоэлектрических постоянных от температуры кристалла. Упругий модуль C33 и d33 и пьезоэлектрический коэффициент исследуются в широком температурном диапазоне. Также найден диапазон температур, при котором пьезоэлектрический эффект максимален. Величина диэлектрической постоянной измерялась при комнатной температуре. Ключевые слова: упругость, кристалл KTP, пьезоэлектрики.
TEMPERATURE CHARACTERISTIC OF THE FREQUENCIES OF THE KTP CRYSTAL Khamoyan A.G.1, Vedenyapin V.N.2, Zhurkov S.A.3
'Khamoyan Avag Gurgenovich - Junior Researcher;
2Vedenyapin Vitaliy Nikolaevich — Researcher;
3Zhurkov Sergey Alexandrovich - Researcher, INSTITUTE OF GEOLOGY AND MINERALOGY SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES, NOVOSIBIRSK
Abstract: we investigated the dependence of behavior of the resonance frequencies on the crystal temperature. The temperature characteristic of the frequencies of the KTP (KTiOPO4) crystal at resonant frequencies is described. The dependence of the elastic and piezoelectric constants on the crystal temperature is measured. The elastic modulus C33and d33 of the piezoelectric coefficient are investigated over a wide temperature range. Also a temperature range is found at which the piezoelectric effect is maximized. The value of the dielectric constant was measured at room temperature.
Keywords: elasticity, KTP crystal, piezoelectric.
УДК 538.69:539.124 DOI: '0.20861/2304-2338-20'7-98-002
Введение
Кристалл KTP (KTiOPO4) является хорошим нелинейно оптическим, электрооптическим и пьезоэлектрическим кристаллом. Диэлектрические, пьезоэлектрические и упругие свойства были исследованы при комнатной температуре методом резонанса-антирезонанса, результат приводится в работе [1]. Температурная зависимость этих свойств в широком диапазоне температур (от 200С-1500 С) была исследована методом ультразвуковой спектроскопии, результат описан в работе [2]. Но диапазон температур, при котором пьезоэффект максимален, в литературе не описан. Цель данной работы - найти температурный диапазон, при котором пьезоэффект максимален, а также исследовать зависимость частотной характеристики от температуры. Нами был использован метод резонанса-антирезонанса [3, 4].
Методика эксперимента.
Кристаллы KTP (KTiOPO4) принадлежат к точечной группе mm2 [1, 2], их пьезоэлектрическая матрица содержит 5 пьезомодулей, 9 упругих коэффициентов и 3 диэлектрические постоянные. Исследовались пьезосвойства кристалла в температурном
диапазоне от -1°°С до +50°С. Диэлектрическая постоянная предварительно измерялась при низких частотах при комнатой температуре. Экспериментальная схема приводится на рис. 1.
Рис. 1. Экспериментальная схема: 1-Кристалл КТР; 2 — модуль Пельтье; 3 — металлический охладитель;
4 — электроды; 5 — генератор Г4-154; 6 — осциллограф; 7 — сопротивление К = 700 Ом
Для исследования характеристик кристалл был сориентирован параллельно главным кристаллофизическим осям X, У, 7, при этом использовался кристалл КТР с размерами 20x4x4. Кристалл с электродами и термопарой был установлен на модуль Пельтье, последний, в свою очередь, установлен на металлическом охладителе, который охлаждался проточной водой. С помощью такой системы были достигнуты вышеуказанные температуры. Частоты резонанса и антирезонанса задавались высокочастотным генератором сигнала Г4-154. Измерения частот резонанса и антирезонанса производились при нагреве образца под полем, максимальная величина которого составила Е = 2,5 кВ/м (10В). Расчеты производились по известным соотношениям [1, 3, 4].
к2=^р где Д= йзз=к^Е33С3
-iзз_kVtззСзз, (1)
где к - коэффициент электромеханической связи; 1 , 1 - антирезонансная и резонансная частоты соответственно; (!33 -пьезокоэффициент; С33- модуль упругой жесткости; е33 -диэлектрическая проницаемость; 1 -толщина образца; р - плотность.
Экспериментальный результат. В ходе эксперимента измерялись указанные выше постоянные вдоль 7, поскольку в данном направлении кристалл обладает наибольшим пьезокоэффициентом, что значимо при применении данного кристалла как пьезопреобразователя. По полученным данным были рассчитаны модуль упругой жесткости С33 и пьезокоээфициент d33. Также для этих величин построены температурные зависимости (Рис. 2).
Рис. 2. Зависимость температуры от частоты
С помощью данного графика определялась температурная характеристика частот по формуле [5]:
/т=^~, (2)
" АТ /г '
где Д/ = /1-/2; ^ -резонансная частота при - 10 °С ,/2 - резонансная частота при 50 ° С ; £г -резонансная частота при комнатной температуре 20°С.; ДТ = Т 1 — Т2 - разность температур при резонансных частотах.
Подставляя данные для температурной зависимости частот, получим:
/т = 1 , 3*1 0 " , (3)
Также исследовалась температурная зависимость пьезоэлектрической константы ((!33) и коэффициента упругой жесткости (С33). Их зависимость от температуры и от электрического напряжения, которое подавалось на кристалл, приводятся на Рис. 3 и Рис. 4.
■10 О 10 20 30 40 50
Т(°С)
Рис. 3. Температурная зависимость С33 и С33
Из графика видно, что пьезоэлектрический коэффициент при высоких температурах (от 500С до 250С) сильно уменьшается и при температурном диапазоне от 25 0С до 10 0С растет, достигает максимума при температуре 11 0С. Далее от 10 0С до -10 0С пьезоэлектрический коэффициент опять уменьшается.
Т(°С)
Рис. 4. Зависимость коэффициентов С33С33 от напряжения
На рисунке изображена зависимость (!33 и С33 от напряжения, которое подавалось на кристалл. При характерном напряжении 10 В, подаваемом от генератора, от кристалла получено напряжение 30 В. Это говорит о том, что данный кристалл является хорошим материалом для пьезотрансформатора.
Заключение: Исследование показало, что кристалл КТР обладает хорошим пьезоэлектрическим свойством, минимальным частотным коэффициентом температур. Наряду с кристаллическим кварцем (ВЮ2) и с ниобатом лития (ЫКЬ03), которые широко применяются в пьезоэлектрических и акустооптических устройствах, кристалл КТР с таким же успехом можно использовать в этих устройствах.
Список литературы / References
1. Chu David K. T., Bierlein D., Hunsperger G. Pizoelectric and Acoustic Properties of (KTP) and Its Isomorphs. IEEE Feroelectrics and Frequency. Vol. 39. № 6, November 1992.
2. Yang Zhang, Liguo Tang, Nianjing Ji, Gang Liu, Jiyang Wang, Huaidong Jiang, and Wenwu Cao. Temperature dependence of full set tensor properties of KTiOPO4 single crystal measured from one sample. J. Appl. Phys. 119, 2016. P. 124104-124107.
3. Мэзон У. Пьезоэлектрические кристаллы и их применение в ультраакустике. М., 1952. 453 с.
4. Кеди У. Пьезоэлектричество и его практические применения. М., 1949. 721 с.
5. Най Дж. Физические свойства кристаллов. М., 1967. 390 с.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ СКРЫТОЙ МАССЫ В СКОПЛЕНИЯХ
ГАЛАКТИК Асадов В.А. Email: Asadov1798@scientifictext.ru
Асадов Валерий Абдуллович - инженер по автоматизации и комплексной механизации химико-технологических процессов, старший мастер, начальник участка, начальник цеха, пенсионер, Павлодарский нефтехимический завод, г. Павлодар, Республика Казахстан
Аннотация: в статье приводятся решения проблемы срытой массы в скоплениях галактик. Это так называемая «темная материя». Эта проблема возникла из-за ошибки Цвики в определении оптической массы в скоплении галактик «Волосы Вероники». Дело в том, что масса галактик определяется двумя способами: это точный динамический метод (не зависит от расстояний) и по светимости, но его точность зависит от точного определения расстояний до места измерения. А это как раз и произошло из-за неточного определения расстояния до этих галактик. Расстояния определяются по постоянной Хаббла принятое значение сейчас 67,80 км/сек на Мпс. А она зависит от (принятого) возраста Вселенной 2,196*10^-18 секА-1 или 14,4*10А9 лет. Точный и реальный возраст Вселенной 291 604 086 700 лет, а значение постоянной Хаббла = 3,3236 км/сек Мпс. В результате, если снова произвести вычисления, то эти две массы, вириальная и оптическая, становятся равными, а если они равны, то нет и скрытой массы, то есть «темной материи». Значит, проблема решена и может быть закрыта.
Ключевые слова: темная материя, Цвики, вириальная масса, оптическая масса, светимость, постоянная Хаббла, возраст Вселенной, Волосы Вероники, скопления галактик.
THE SOLUTION OF THE HIDDEN MASS PROBLEM IN CLUSTERS
OF GALAXIES Asadov VA.
Asadov Valery Abdullovich - the engineer on automation and complex mechanization of chemical-technological processes, Senior master, site manager, shop manager, pensioner, PAVLODAR PETROCHEMICAL PLANT, PAVLODAR, REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
Abstract: the article presents solutions to the problem of the buried mass in clusters of galaxies. This is so-called "dark matter". This problem arose because of Zwicky's error in determining the optical mass in the cluster of "Veronica Hair" galaxies. The fact is that the mass of galaxies is determined in two ways, this is the exact dynamic method (does not depend on distances), and the luminosity, but its accuracy depends on the exact determination of the distances to the measurement site. And this is precisely what happened because of an inaccurate determination of the distance to these galaxies. The
