俄羅斯新型陶瓷材料讓傳感器更環(huán)保

作為國際科學家團隊的一員，俄羅斯南烏拉爾國立大學的研究人員合成了適合于制造壓力、溫度、電場和磁場傳感器的陶瓷材料。該材料對環(huán)境更加友好，屬于多鐵性合金。

環(huán)保傳感器材料

材料科學領(lǐng)域的最新研究旨在研究多鐵性材料的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。這些材料同時具有磁和電的屬性，因此可以通過磁作用控制其電性能，反之亦然。

對于大規(guī)模生產(chǎn)，當今的主要目標是找到一種廉價且方便的材料，該材料具有磁電相互作用，極化，磁化強度，同時又符合環(huán)境標準。許多現(xiàn)代材料都含有鉛，但其廣泛使用會造成環(huán)境污染并對人體健康產(chǎn)生負面影響。

南烏拉爾州立大學從事現(xiàn)代材料開發(fā)的科學家認為，基于鉍鐵氧體的陶瓷可以滿足現(xiàn)代要求。陶瓷形式的材料的制備使得可以相對快速地合成具有起始離子的各種化學取代的組合物，并評估化學取代對這種材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響。

由SUSU德米特里·卡爾平斯基，謝爾蓋·特魯漢諾夫（Sergey Trukhanov）和阿列克謝·特魯漢諾夫（Alexei Trukhanov）組成的研究小組，用鉍鐵氧體（BiFeO3）的材料（最有前景的多鐵性化合物之一）代替鐵和鉍離子，研究了BiFeO3-BaTiO3陶瓷的結(jié)構(gòu)相變，發(fā)現(xiàn)材料的性能如何根據(jù)結(jié)構(gòu)變形的類型而變化。獲得的數(shù)據(jù)將允許開發(fā)基于復雜氧化物系統(tǒng)的新功能材料。

“我們使用創(chuàng)新的化學替代方案來合成材料?；瘜W成分的選擇使合成具有所謂亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)態(tài)的陶瓷成分成為可能。這些材料對外部因素（例如溫度，電勢和溫度）高度敏感、磁場和壓力。也就是說，它們可以被用來作為外部影響的傳感器”，在高級研究員材料科學，物理和材料的化學性質(zhì)的部門（材料科學與冶金工程學院，工程學院和技術(shù)）德米特里·卡平斯基（Dmitry Karpinsky）解釋。

這項研究與來自SUSU的科學家一起，由烏拉爾聯(lián)邦大學，羅茲工業(yè)大學（波蘭）和阿威羅大學（葡萄牙）的代表參加。在國外的科學中心，進行了諸如通過電子和原子力顯微鏡研究材料成分的結(jié)構(gòu)等實驗。SUSU通過X射線衍射法對組合物的結(jié)構(gòu)進行了分析。

從散裝陶瓷到薄膜

在研究的最后，科學家揭示了取決于替代離子濃度的結(jié)構(gòu)畸變的類型和大小之間的關(guān)系。它確定了壓電特性（在機械應力作用下材料的極化）。獲得了在各種溫度和取代離子濃度范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。根據(jù)獲得的結(jié)果，制作了一個相圖。

“在選擇了最佳的等效方案并對所得材料的結(jié)構(gòu)和性能進行了全面分析之后，將進行工作以獲得薄膜形式的已知化學成分，因為大多數(shù)情況下都需要這種形式的材料當然，談論大規(guī)模生產(chǎn)還為時過早，但是作為技術(shù)發(fā)展的一部分，我們計劃獲得材料的試驗批次，這將使我們能夠評估這種材料在市場上的前景。以及這種合成技術(shù)的可擴展性，” Dmitry Karpinsky補充說。

科學家合成的材料可用于制造外部因素以及磁致伸縮和壓電元件的傳感器。