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俄罗斯科学家研发出环保且适用于多传感器的陶瓷材料
2020-07-17    来源:传感器专家网  浏览次数:
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作为国际科学家团队的一员,南乌拉尔州立大学的研究人员合成了适合于制造压力,温度,电场和磁场传感器的陶瓷材料。该材料对环境更加友好,属于多铁性合金。


环保传感器材料

材料科学领域的最新研究旨在研究多铁性材料的性质和结构。这些材料同时具有磁和电有序性,因此可以通过磁作用控制其电性能,反之亦然。

对于大规模生产,当今的主要目标是找到一种廉价且方便的材料,该材料具有磁电相互作用,极化,磁化强度,同时又符合环境标准。许多现代材料都含有铅,但其广泛使用会造成环境污染并对人体健康产生负面影响。

南乌拉尔州立大学从事现代材料开发的科学家认为,基于铋铁氧体的陶瓷可以满足现代要求。陶瓷形式的材料的制备使得可以相对快速地合成具有起始离子的各种化学取代的组合物,并评估化学取代对这种材料的结构和性质的影响。

由SUSU德米特里·卡尔平斯基,谢尔盖·特鲁汉诺夫(Sergey Trukhanov)和阿列克谢·特鲁汉诺夫(Alexei Trukhanov)组成的研究小组,用铋铁氧体(BiFeO3)的材料(最有前景的多铁性化合物之一)代替铁和铋离子,研究了BiFeO3-BaTiO3陶瓷的结构相变,发现材料的性能如何根据结构变形的类型而变化。获得的数据将允许开发基于复杂氧化物系统的新功能材料。

“我们使用创新的化学替代方案来合成材料。化学成分的选择使合成具有所谓亚稳态结构态的陶瓷成分成为可能。这些材料对外部因素(例如温度,电势和温度)高度敏感。磁场和压力。也就是说,它们可以被用来作为外部影响的传感器”,在高级研究员材料科学,物理和材料的化学性质的部门(材料科学与冶金工程学院,工程学院和技术)德米特里·卡平斯基(Dmitry Karpinsky)解释。

这项研究与来自SUSU的科学家一起,由乌拉尔联邦大学,罗兹工业大学(波兰)和阿威罗大学(葡萄牙)的代表参加。在国外的科学中心,进行了诸如通过电子和原子力显微镜研究材料成分的结构等实验。SUSU通过X射线衍射法对组合物的结构进行了分析。


从散装陶瓷到薄膜

在研究的最后,科学家揭示了取决于替代离子浓度的结构畸变的类型和大小之间的关系。它确定了压电特性(在机械应力作用下材料的极化)。获得了在各种温度和取代离子浓度范围内的数据。根据获得的结果,制作了一个相图。


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“在选择了最佳的等效方案并对所得材料的结构和性能进行了全面分析之后,将进行工作以获得薄膜形式的已知化学成分,因为大多数情况下都需要这种形式的材料当然,谈论大规模生产还为时过早,但是作为技术发展的一部分,我们计划获得材料的试验批次,这将使我们能够评估这种材料在市场上的前景。以及这种合成技术的可扩展性,” Dmitry Karpinsky补充说。

科学家合成的材料可用于制造外部因素以及磁致伸缩和压电元件的传感器。