Основы пьезоэлементов с неинерционной массой.

Прежде чем дать основные понятия по использованию пьезоэлементов с неинерционной массой,вспомним законы Максима (что такое неинерционная масса - А. Хатыбов “Основы Биосферы”) и рассмотрим собственно пьезоэлементы (как их описывает современная наука).

** Справка.

Кислородный баланс пьезокристаллов

Введение.

Роль пьезокристаллов в системах информационного контроля огромна.

Пьезокристалл- разновидность кварца и кремния (поликристалического кремния). Принято считать, что кремний (кварц) - это кристаллическая двуокись кремния SiO2 , один из основных минералов земной коры. Природные кристаллы кремния имеют размеры от песчинок до нескольких десятков сантиметров, встречаются кристаллы в 1 метр и более. Поликристалический кремний “выращивается” кристаллами заданной формы и потом режется на пластины, в зависимости от применения. Кристаллическая структура кварца образована из кремнекислородных тетраэдров SiO4 : находящийся в центре их катион Si окружен по тетраэдру четырьмя катионами О, а каждый ион О, осуществляя сцепление тетраэдров, связан с двумя ионами кремния. Тетраэдры SiO4 вдоль главной оси с расположены в структуре по винтовой линии (правая или левая спираль). Отсутствие плоскостей в центре симметрии у кристаллов кремния и кварца и обуславливает наличие пьезоэлектрических и пироэлектрических свойств. В обычном кварцевом стекле тетраэдры сцеплены беспорядочно, а основу поликристалического кремния, составлюят додекаэдральные структуры построения внутреней решетки самого кристалла кремния. Это и было учтено, при создании Генератора “темной материи” (основного “элемента” Комплекса “СветЛ”). Познание этих процессов, позволило найти наиболее оптимальный по форме и применению “носитель” Генератора и разработать принципиално новый Комплекс “СветЛ” с более расширенными возможностями его применения, относительно потенциальных владельцев Комплекса. Об этом подробно будет рассказано в следующих статьях. Напомним, что мышечная ткань человека содержит (1—2)·10⁻² % кремния, костная ткань — 17·10⁻⁴ %, кровь — 3,9 мг/л. С пищей в организм человека ежедневно поступает до 1г кремния.

Применение.

Для получения колебаний с высокой стабильностью частоты – используется кремниевая пластина, (автогенератор электромагнитных колебаний с колебательной системой, в состав которой входит “кремниевый резонатор” (кремниевая пластина, выполненная по определенной технологии), как одна из составляющих частей Генератора (“установленного”) “прикрепленного” на эту пластину. Параметры колебательной системы выбираются так, чтобы большая часть энергии была сосредоточена в кремниевом резонаторе(строго в размерах пластины, как носителя Генератора). В этом случае генерируемая частота определяется главным образом высокостабильной собственной частотой кремниевого резонатора, который является объемной механической колебательной системой, выполненный в виде пластины, кольца или бруска, вырезанных определенным образомиз кристалла поликристаллического кремния. Такой пьезоэлектрический резонатор обладает очень малыми потерями энергии при колебаниях и высокой добротностью.

Пьезомагнетизм.

Возникновение в веществе спонтанного магнитного момента при наложении упругих колебаний названо пьезомагнитным эффектом. Пьезомагнетизм может существовать только в антиферромагнетиках и ферромагнетиках и принципиально не возможен в пара и диамагнетиках. Термодинамическое рассмотрение вопроса о пьезомагнетизме основывается на выделении и изучении в разложении термодинамического потенциала Ф членов, линейных по магнитному полю Нi и по одной из компонент тензора упругих напряжений :

Если все преобразования магнитной симметрии данного кристалла оставляют инвариантными хотя бы один член в этом выражении, то соответствующий коэффициент (модуль пьезомагнетизма) будет отличен от нуля и в кристалле будет возникать пьезомагнитный момент .

Симметрийный анализ позволил установить все классы магнитной симметрии, которые допускают пьезомагнетизм. Их оказалось 66, и для всех был найден вид тензора .

Благодаря симметрии тензора пьезомагнитные тензоры могут быть представлены в виде матриц 3 * 6, а число таких матриц равно 16.

К ферромагнетикам относятся: Fe2O3, FeCo2, MnF2. Антиферромагнетики: CoF2, FeF2.

Из формулы видно, что наряду с пьезомагнетизмом должен существовать обратный эффект - линейная магнитострикция, при которой компоненты тензора деформаций линейно связаны с магнитным полем. Знак линейной магнитострикции , как и в случае пьезомагнетизма, зависит от знака вектора L, характеризующее образовавшееся доменное состояние образца. При исследованиях было обнаружено, что в магнитном поле знак магнитострикции может скачком изменяться, что указывает на индуцированное полем скачкообразное изменение доменной структуры антиферромагнетика (поворот вектора антиферромагнетизма L на 1800 ). Линейная магнитострикция наблюдалась также при спин-переориентационных переходах, например, в ортоферритах (YFeO3 , DyFeO3) и ортохромитах (YCrO3). В этих соединениях в определенном интервале значений температуры направление антиферромагнитного вектора L плавно изменяется от одного кристаллографического направления к другому.При этом, как показывает симметрийный анализ, должна наблюдаться линейная магнитострикция, приводящая к моноклинному искажению орторомбической или кубической решетки. Усилие исследований были направлены на понимание (преобразование ) процесса изменения кубической решетки в додекаэдральную, через поиск определенного носителя Генератора “Темной материи”, при максимальной его эффективности.

Пьезоэлектрики.

Вещества, в которых при определенных упругих деформациях (напряжениях) возникает электрическая поляризация даже в отсутствии электрического поля (прямой пьезоэффект) - это пьезоэлектрики. Следствием прямого пьезоэффекта является обратный пьезоэффект - появление механических деформаций под действием электрического поля.

Пьезоэлектрические свойства были обнаружены более чем у 1500 веществ.

Пьезоэффекты наблюдаются только в кристаллах, не имеющих центра симметрии.

При появлении других элементов симметрии (в результате механической деформации) пьезоэффект может либо пропасть, либо остаться только в некоторых направлениях.