СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАНОКОМПОЗИТНЫЙ ПЛЕНОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ
FERROELECTRIC NANOCOMPOSITE FILM MATERIAL

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.
5
9
2
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 10 до 10 на см.
5
9
2
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 10 до 10 на см. 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.