Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Файлы

Малинкович М.Д. Пархоменко Ю.Н. Блиев А.П. Тедеев О.Х.

Статья в формате PDF

222 KB

В большинстве современных устройств [1], таких как: зондовые микроскопы, ми­кромеханические коммуникаторы, микроре­ле и т.д., требуется осуществлять множествен­ные перемещения, характеризующийся высо­кой линейностью и повторяемостью. В основ­ном подобные устройства изготавливаются из пьезокерамики ЦТС, которые обладают боль­шим значением пьезоэлектрического модуля (100x180x10"¹² Кл/н) и высокой (до 40%) коэф­фициентом преобразования электрической энер­гии в механическую. Однако эти материалы об­ладают рядом недостатков такими как большой гистерезис (-15% и более), ползучесть, невы­сокая температура Кюри, значительный эффект старения и т.д. Эти эффекты затрудняют линеа­ризацию характеристик, требуют периодической калибровки устройств или установки дополни­тельных датчиков. Альтернативой пьезокерамикам в устройствах точного перемещения и пози­ционирования могут быть сегнетоэлектрические монокристаллы. А по основным свойствам, та­ким как температура Кюри (более 1000°С), ди­электрическая проницаемость, поперечные пьезоэлектрические модули (d₂₁, d₃₁, d₃₂), модули упругости наиболее приемлемыми монокристал­лы ниобата лития. Однако вследствие того, что пьезоэлектрические модули ниобата лития при­мерно на порядок меньше, чем у керамики, при­менение монокристаллов в устройствах позици­онирования с сопоставимыми перемещениями возможно только по бидоменной схеме.
Получить бидоменные структуры мож­но следующим образом: тонкий кристалл нио­бата лития помещают в специальный отсек, где на него воздействует световой поток с длиной волны 1 мкм. от специальной лампы. Это воз­действие примерно одинаково во всех внешних точках кристалла, при этом интенсивность све­та может регулироваться. Кроме того, с одной из сторон кристалла монтируется специальный фильтр с целью уменьшения интенсивности. Это необходимо для того, чтобы избежать раз­рушения кристаллической решетки, так как при градиенте температуры в 10 и более°С по тол­щине кристалла происходит его разрушение. На рис. 1 показана схема бидоменной структуры, где на участке А температура выше температу­ры кюри (для ниобата лития1150°С), но меньше температуры плавления, а на участке В температура близка к температуре кюри, но не достига­ет её. При этих условиях поляризация меняется на участке А, а на участке В она остается такой же, в результате чего и получаются бидоменные структуры.

Целью данной работы является определе­ние времени воздействия падающего излучения, при котором возникают бидоменные структуры в кристалле ниобата лития.

Задачей является разработка математиче­ской модели распространения теплового излу­чения по кристаллу, с помощью которой можно рассчитать условия возникновения бидоменной структуры в ниобате лития.

Итак, пусть имеется тонкий кристалл тол­щиной около 2 мм, а длина и ширина кристал­ла около 3 см, тогда распределение температу­ры в области в нестационарном случае при от­сутствии источника тепла во внутренних точках области удовлетворяет однородному уравнению Лапласа:

Коэффициент теплопроводности влияет только на скорость установления решения.

Покроем область кристалла равномерной сеткой с шагами dx, dy и dz. Так как кристалл представляет собой тонкую пластину, а свето­вой поток действует равномерно по всей площа­ди, то задача свелась к нахождению изменения температуры вдоль оси ОХ. Запишем следую­щую разностную аппроксимацию уравнения (1) для направления перпендикулярной поверхно­сти одномерного случая:

Здесь dt - шаг по времени, индекс к - соответствует времени, индекс i - соответству­ет координате х. Для внутренних точек сетки выразим значение температуры на следующем временном шаге через значения на предыдущем

Мощность светового потока должна быть подобрана таким образом, чтобы на одной сто­роне кристалла температура была около 1155°С, а на другой 1145°С, т.е. градиент температуры в кристалле не превышал 10°С. При этом кри­сталл монтируется таким образом, чтобы свето­вой поток большей интенсивности падал на по­верхность кристалла с положительным зарядом

Результаты таких вычислений представ­лены на рис. 2.

Распределение температуры в кристалле  ниобата лития

Рис. 2 Распределение температуры по толщине в кристалле ниобата лития

Эта температура установилась после 1746 секунд или 29,10133 мин. воздействия падающего излучения. Как видно из графика, условия формирования бидоменной структуры ниобата лития удовлетворены.

Список литературы

1. Антипов В.В., Быков А.С., Малинкович М.Д., Пархоменко Ю.Н. Формирование би­доменной структуры в пластинах монокристал­ла ниобата лития методом импульсного светово­го отжига // Известия высших учебных заведе­ний. Материалы электронной техники.

Библиографическая ссылка