Релакс
Ученым из Брукхейвенской национальной лаборатории США, при поддержке коллег из нескольких университетов и институтов, удалось разгадать тайну необычайно высокой чувствительности некоторых пьезоэлектриков. Эти результаты помогут инженерам создавать высококачественные динамики, ультразвуковые излучатели и приемники для медицинской диагностирующей аппаратуры, сонаров и многих других устройств.
Как известно, пьезоэлектрики в ответ на приложенное напряжение меняют форму и, наоборот, генерируют напряжение, реагируя на механическое давление. Среди них есть класс соединений, называемых релаксорами (relaxors), у которых пьезоэффект на порядок сильнее, чем у всех остальных. К релаксорам относятся, например, магнониобат свинца Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 и ряд других похожих соединений с атомами цинка, титана, лантана и циркония, а также их смеси друг с другом и обычными пьезоэлектриками. В экспериментах изучалось сложное соединение Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-4,5%PbTiO3.
Дабы понять, что же в этих веществах происходит, ученые использовали метод неупругого рассеяния нейтронов, который позволяет судить о колебаниях различных атомов в материале.
Кроме того, они изучали поведение звуковых волн, распространяющихся в различных направлениях, а также реакцию материала на прилагаемое напряжение. Атомы в твердых телах, как правило, образуют почти идеальную кристаллическую решетку и при прохождении звуковых волн лишь слегка колеблются вокруг своих обычных положений. В пьезоэлектрических материалах такие звуковые колебания затухают медленно. Но оказалось, что в релаксорах звук, наоборот, затухает быстро.
Ученые сравнивали распространение звуковых волн в различных направлениях и наблюдали сильную асимметрию в динамике кристаллической решетки.
Было установлено, что за эти эффекты ответственны небольшие случайно ориентированные поляризованные нанокластеры.
Их обнаружили давно, но до сих пор влияние таких кластеров на свойства материала оставалось неясным. В работе удалось показать, что именно кластеры приводят к быстрому затуханию звука. Кроме того, они порождают специфическую структурную неустойчивость, которой и объясняется аномально высокая чувствительность релаксоров к внешним воздействиям.
Другими словами, в материале постоянно идет соревнование между статичной основной структурой материала и локальными нанонеоднородностями, которые управляются звуковыми волнами. Этим и объясняются уникальные свойства релаксоров, так востребованные в практических приложениях. ГА
