Спосіб контролю критеріїв п’єзоелектричних властивостей речовин

Спосіб контролю критеріїв п'єзоелектричних властивостей речовин, за яким через зразок навантаженого діелектрика з фіксованою товщиною пропускають випромінювання і вимірюють спектральні параметри, який відрізняється тим, що через зразок пропускають ІЧ-випромінювання, реєструють спектри поглинання енергії коливань атомів в молекулярних групах -Si-O- , 2 Винахід відноситься до визначення залежності між фізичними та спектральними параметрами кристалічних, полімерних, рідких та газоподібних речовин з урахуванням взаємодії молекул. П'єзоелектричний ефект полягає в тому, що під дією механічних навантажень на гранях деяких кристалів з'являються електричні заряди протилежних знаків [1]. 3 76302 4 Це застаріле визначення з довідників не відНайбільш близькими по технічній реалізації до биває властивостей п'єзоелектриків і не пояснює, способу, що пропонується, є способи, при яких чому кристалічні і не кристалічні полімери є п'єзовикористовується кореляція між фізичними та спеелектриками, навіть рідини та гази. ктральними параметрами [3,4]. Всебічне пояснення п'єзоелектричних властиОбласть застосування - електроніка, обчислювостей надає можливість використання різноманівальна техніка, створення нового покоління спінотних речовин в якості п'єзоелектриків в радіоелеквих комп'ютерів (швидкість передачі інформації троніці, комп'ютерах та інших галузях науки і може бути доведена до 100млрд. біт/с), використехніки. тання рідких, газоподібних речовин в якості п'єзоВ якості прототипу вибрана [робота електриків. У.Харрисона "Электронная структура и свойства В основу винаходу покладена задача підвитвердых тел". Μ. Мир, 1985, 381с.] [2]. щення точності контролю критеріїв п'єзоелектрич"... деформація приводить до взаємного зсуву них властивостей та комп'ютеризація даних виміатомів в елементарній ґратці. У випадку оптичних рювання. коливань уздовж зсуву атомів в кристалі, виникає Поставлена задача вирішується тим, що заполяризація, що веде до накопичення зарядів. пропоновано спосіб використання кореляції між Будь-які викривлення кристалічної ґратки, зсувна зміною фізичних і спектральних параметрів, шлядеформація ε=εху, викликає взаємне зміщення хом спектральних вимірів навантажених і ненаванатомів у ґратці ξ εeza/Α і до появи локального дитажених зразків речовини в ІЧ- діапазоні спектра польного моменту, як і при оптичних коливаннях." та встановлення змін фізичних параметрів - загаКількісної згоди між цими значеннями не спольного дипольного моменту, складових дипольностерігається, що пов'язане з помилками при виго моменту, розщеплення енергетичних рівнів, значенні відносних зміщень атомів в елементарній зайнятих неподіленими парами електронів, п'єзосґратці та частково з приблизним описом електронтрикції (зміни об'єму) під дією механічного наванної структури. таження (тиск, розтягнення), що викликає зміни Критеріями п'єзоелектричних властивостей є спектральних параметрів – положення зміна фізичних параметрів під дією механічного (Δ = ненав.- навант) та інтенсивності смуг поглинавантаження (поля): нання енергії коливань атомних груп в молекулах 1. загального дипольного моменту та його речовин, складових; An A , 2. механізм появи електричних зарядів на поA0 верхні п'єзоелектрика; ΔА - зміна інтегральної інтенсивності смуг пог3. зміна об'єму п'єзоелектрика та механізм, що линання; викликає цю зміну. А0 - інтегральна інтенсивність смуг поглинання Прототип не містить чіткого аналізу зміни фіненавантажених зразків; зичних параметрів під дією механічного навантаАn - інтегральна інтенсивність навантажених ження (поля). зразків, де n=1, 2, 3... - навантаження. Всі діелектрики, тобто речовини, що не провоСуть винаходу: зразок діелектрика навантадять електричний струм, містять у своєму складі жують (тиск, розтягнення), фіксують товщину, проатоми з неподіленими парами електронів О2, N2, пускають ІЧ- випромінення, вимірюють спектральні Сl2, F2 та інші. параметри, порівнюють спектральні параметри 1. Загальний дипольний момент діелектриків ненавантажених та навантажених зразків. В якості Рзаг складається з дипольного моменту електронів, чутливих фізичних параметрів використовують що утворюють хімічні зв'язки між атомами Рел, та з дипольний момент, зміну мультиплетності, розщедипольного моменту електронів, що не беруть плення електронних енергетичних рівнів, зміну участі в утворенні хімічних зв'язків, але знаходятьоб'єму, які визначають по зміні спектральних пася на валентній орбіті атомів, що утворюють хімічні раметрів - монотонному зсуву смуг поглинання зв'язки, так звані неподілені пари електронів енергії коливань атомних груп в молекулах діелекРнеп.ел: трика, немонотонній зміні інтенсивності - збільPзаг=Pел+Pнеп.ел шення інтенсивності смуг поглинання, зменшення 2. Розщеплення енергетичних рівнів, на яких інтенсивності смуг поглинання, розщеплення смуг знаходяться неподілені пари електронів, утворенпоглинання при монотонному збільшенні навантаня нових енергетичних рівнів та перехід електронів ження. між цими рівнями, викликає незкомпенсованість На кресленнях зображено: зарядів у молекулах і появу позитивного і негативФіг.1 ІЧ- спектр поглинання кварцу, SіO2, в обного зарядів на поверхні п'єзоелектрика. ласті валентних коливань - Si-О - при різних тисках 3. Зміна мультиплетності електронних станів пресування 80, 100, 120, 140 Г суворо заборонена, але при взаємодії полів - магФіг.2 ІЧ- спектр поглинання плівок зшитого понітних (ефект Зеємана), електричних (ефект Шталіуретану в області валентних коливань рка), а також механічних (ефект Кюрі) заборона знімається і зміна мультиплетності, (S0 T) - переO хід, відбувається. Електрони у стані S0 займають -N-C-O- при різних навантаженнях один об'єм, а у стані Τ - інший, тому переходи S0 Τ викликають зміну об'єму - магнітострикцію, H електрострикцію, п'єзострикцію, появу спінових імпульсів. 0,48кГ/см2, 0,64кГ/см2, 0,90кГ/см2. 5 76302 6 Спосіб відтворюється наступним чином. РечоAn Розраховують A і будують графік, де на вину (кварц SiО2) подрібнюють, додають KВr (для A0 зменшення розсіювання випромінення, щоб товосі ординат відкладають А, а на осі абсцис наващина всіх зразків була однаковою) пресують, фікнтаження. Немонотонна залежність вказує, що сують товщину, затискають у кюветотримачі, вмізміна дипольного моменту теж немонотонна. Вищують у спектрофотометр UR-10, пропускають ІЧмірюють зсув положення смуг поглинання випромінення, порівнюють ІЧ- спектри навантажеΔ = нен.- нав. ненавантаженних і навантажених ного і ненавантаженого зразка і визначають зміни зразків, спостерігають монотонний зсув положення фізичних параметрів: дипольного моменту, розсмуг поглинання в бік менших частот на 20-30см-1, щеплення електронних енергетичних рівнів; зміни а саме такий зсув спостерігається при електронположення смуг поглинання енергії коливань атоних переходах із зміною мультиплетності. Значна мів в молекулах, інтегральної інтенсивності смуг зміна інтенсивності смуг поглинання визначається поглинання, розщеплення смуг поглинання, монозміною дипольного моменту Рзаг та його складових тонного (немонотонного) збільшення (зменшення) Рел та Рнеп ел. Зміна Рел незначна, а значна немоінтегральної інтенсивності смуг поглинання ІЧнотонна зміна загального дипольного моменту випромінення на частотах валентно електронноРзаг, як видно з графіків, відбувається за рахунок коливальних переходів в молекулярних групах зміни дипольного моменту неподілених пар електкристалічної (SiО2), полімерної (поліуретан ронів Рнеп, причому хід кривих однаковий для SіO2 NHCOO-) речовини. та зшитого поліуретану, що вказує на те, що приПриклад 1 рода (механізм) п'єзоефекту однакова для кристаГотують таблетки суміші подрібненого кварцу лів кварцу і полімеру (зшитого поліуретану) і обу(SіO2) з KВr. Плівки поліуретану товщиною 0,02см мовлена зміною стану (мультиплетності) вміщують кожну в кюветотримач і в спектрофотонеподілених електронних пар від S0 до Τ (атомів метр UR-10 з призмою NaCl, пропускають ІЧ- викисню в кварці та атомів азоту і кисню в зшитому промінення в діапазоні 400-1800см-1. Записують поліуретані), тобто під дією навантаження відбуІЧ- спектри ненавантажених зразків речовини. вається зняття заборони на зміну мультиплетності, Приклад 2 а п'єзоефект є такий же ефект, як ефект Зеємана і Порошок кварцу з KВr пресують під тиском 80, ефект Штарка. Їх поєднує магнітострикція, елект100, 120, 140кГ так, щоб товщина таблетки була рострикція, п'єзострикція, бо немонотонна зміна фіксованою 0,02см, вміщують у кюветотримач і в інтенсивності (оптичної густини) пов'язана із зміспектрофотометр UR-10, записують спектр у виною дипольного моменту та об'єму, які займають гляді смуг поглинання енергії коливань атомних електрони в стані S0 та Τ [3]. груп в молекулярних групах [ -Si-О-]. Точність вимірювання положення смуг поглиПриклад 3 нання складає ±10см-1, похибка вимірювання 2%, а Плівки зшитого поліуретану товщиною 0,05см похибка вимірювання інтенсивності - 5%. розтягують вантажем 0,48; 0,64; 0, 90кГ/см2 вміЗдатність кристалів кварцу та полімерів зміщують у кюветотримач, фіксують товщину і вмінювати поляризацію та об'єм широко застосовущують в спектрофотометр UR-10 з призмою NaCl, ється в радіоелектроніці, акустиці, приладобудупропускають ІЧ- випромінення в діапазоні 400ванні та ін. 1800см-1, записують ІЧ- спектр поглинання енергії Неподілені пари електронів, у стані S0 займавалентними коливаннями атомів в макромолекулі ють один об'єм, а у стані Τ - інший і переходи S0 Τ супроводжуються зміною об'єму - імпульO сом. Один імпульс - один біт інформації. -N-C-Oполіуретану навантажених зразків П'єзоефект є таким же ефектом, як ефект Зеємана і ефект Штарка і супроводжується п'єзостH рикцією як магнітострикція і електрострикція. Література: поліуретану 0,48кГ/см2, 0,64кГ/см2, 0,90кГ/см2. Ви1. Б.М.Яворский и А.А.Детлаф "Справочник по мірюють оптичні густини смуг поглинання ненавафизике для инженеров и студентов вузов" Изд. нтаженних та навантажених зразків речовини, бу"Наука", М, 1964, 847с. дують графіки смуг поглинання, де на осі ординат 2. У.Харрисон "Электронная структура и свойвідкладають оптичну густину, а на осі абсцис часства твердых тел" Мир, М., 1985, 381с. тоти [см-1] і розраховують інтегральні інтенсивності 3. Л.И.Гудим SU 1450583 А1, 1988. смуг поглинання валентними коливаннями атом4. Л.И.Гудим, Л.И.Докучаева UA 37614 А6 G01N21/35. них груп -Si-O- та –N-С-, в молекулах кварцу 5. Л.Салем, Электроны в химических реакциях, "Мир", М., 1985, 288с. та зшитого поліуретану. 7 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 76302 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601