Сегнетоэлектрический нанокомпозитный пленочный материал

Настоящее изобретение относится к сегнетоэлектрическим нанокомпозитным пленочным материалам для устройств, работающих на сегнето- и пироэлектрическом эффекте. Указанный материал содержит вещество, обладающее сегнетоэлектрической активностью. Сегнетоэлектрический нанокомпозитный пленочный материал представляет собой пленку из химически стойкого материала, имеющую цилиндрические отверстия, заполненные указанным веществом. Отверстия имеют одинаковый диаметр и равномерно распределены по поверхности пленки с плотностью распределения от 10⁵ до 10⁹ на см². Технический результат - получение сегнетоэлектрического материала с характеристиками, обеспечивающими высокую пироэлектрическую активность при повышенной виброустойчивости. 4 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области материалов для устройств, работающих на сегнето- и пироэлектрическом эффекте.

Известно большое количество материалов, обладающих сегнетоэлектрическим эффектом. В основном это моно- и поликристаллы, а также отдельные полимеры и жидкокристаллические соединения [1], работа с которыми представляет определенные технологические трудности. Известны также пленочные сегнетоэлектрики и композитные материалы, представляющие собой смесь органического полимера и мелко размолотого сегнетоэлектрика [2]-[7].

Основными недостатками этих материалов являются:

для монокристаллов:

- большие размеры рабочего элемента;

- неоднородность распределения температурного поля по поверхности кристалла;

- необходимость резки монокристалла при создании на его поверхности системы не связанных друг с другом ячеек для исключения теплопроводности вдоль поверхности изделия;

- низкая виброустойчивость;

для напыляемых и композитных пленочных материалов:

- невозможность получить напылением пленки некоторых видов сегнетоэлектриков;

- существенная зависимость физических свойств пленки от типа подложки;

- невозможность равномерного напыления материала на изделия сложной формы;

- не из всех видов высокоэффективных сегнетоэлектриков можно получать композиции смешиванием с полимерными материалами.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является пьезополимерная композиция [8], принятая за прототип.

Композиция-прототип содержит 17,4-26,4 мас.% порошкообразной сегнетоэлектрической пьезокерамики, 3,1-4,0 мас.% полимера - ароматического гетероциклического полиамида, в качестве диспергатора - 0,7-0,9 мас.% поверхностно-активного вещества - сопамина или полиэтиленгликоля и растворитель - диметилацетамид. Пьезокерамика имеет размер частиц 5-10 мкм. Пьезополимерная композиция используется в качестве изделий в виде пленки или волокна. При этом пьезополимерная композиция изготавливается смешиванием порошка сегнетоэлектрической пьезокерамики с полимером и поверхностно-активным веществом.

Недостатками материала-прототипа являются:

- множественность технологических операций по приготовлению пьезокерамики, т.е. контроль гранулометрического состава порошка, смешивание с полимером и получение композиционной пленки нужной толщины;

- невозможность создания на поверхности пленки отдельных наноразмерных монофазных областей точно заданного размера, обладающих сегнетоэлектрической активностью и равномерно распределенных по поверхности материала.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение номенклатуры сегнетоэлектрических материалов.

Для решения поставленной задачи сегнетоэлектрический нанокомпозитный пленочный материал, содержащий вещество, обладающее сегнетоэлектрической активностью, согласно изобретению изготовлен в виде полимерной пленки из химически стойкого материала толщиной 0,5÷0,01 мм, имеющей цилиндрические отверстия, заполненные упомянутым веществом, а отверстия имеют одинаковый диаметр и равномерно распределенны по поверхности пленки с плотностью распределения от 10⁵ до 10⁹ на см².

Предлагаемый сегнетоэлектрический нанокомпозитный пленочный материал изготавливают в виде полимерной пленки из химически стойкого материала, например поликарбоната (или фторопласта и его сополимеров), толщиной 0,5-0,01 мм, имеющей цилиндрические отверстия одинакового диаметра от 0,03 мкм до 1 мкм и равномерно распределенные по поверхности пленки с плотностью распределения от 10⁵ до 10⁹ на см². Отверстия заполняют веществом, обладающим сегнетоэлектрической активностью, например сегнетоэлектрической пьезокерамикой, сегнетоэлектрическими жидкими кристаллами, сегнетоэлектрическими монокристаллами.

В результате получают сегнетоэлектрический материал с характеристиками, обеспечивающими высокую пироэлектрическую активность при повышенной виброустойчивости. Становится возможным формирование сегнетоэлектрических областей строго заданного размера и равномерно распределенных по поверхности пленки с заданной плотностью и сохраняемой монофазностью сегнетоэлектрика.

Предлагаемый материал позволяет получить ультра- и наноразмерные сегнетоэлектрические области для использования их в качестве материалов в производстве пироэлементов, имеющих уменьшенные линейные размеры.

Источники информации

1. М.Лайне, А.Гласс. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы. М.: Мир, (1981). 736 С.

2. Д.Барфут, Д.Тейлор. Полярные диэлектрики и их применение. М.: Мир, ( 1981). 526 С.

3. Патент РФ №2278910.

4. Патент РФ №2017185.

5. Патент РФ №2278833.

6. Патент РФ №2305669.

7. Патент РФ №2356838.

8. Патент РФ №2207356.

1. Сегнетоэлектрический нанокомпозитный пленочный материал, содержащий вещество, обладающее сегнетоэлектрической активностью, отличающийся тем, что материал изготовлен в виде полимерной пленки из химически стойкого материала толщиной 0,5÷0,01 мм, имеющей цилиндрические отверстия, заполненные упомянутым веществом, а отверстия имеют одинаковый диаметр и равномерно распределены по поверхности пленки с плотностью распределения от 10⁵ до 10⁹ на см².

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве вещества использована сегнетоэлектрическая пьезокерамика.

3. Материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве вещества использованы сегнетоэлектрические жидкие кристаллы.

4. Материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве вещества использованы сегнетоэлектрические монокристаллы.

5. Материал по п.1, отличающийся тем, что диаметр отверстий составляет от 0,03 мкм до 1 мкм.