mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2014-4-290-296mateltech-184Research ArticleФизические свойства и методы исследованияPHYSICAL CHARACTERISTICS AND THEIR STUDYПИРОЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЭФФЕКТЫ КОМПОЗИТА ФЕРРИТ/ТИТАНАТ БАРИЯPyro – and Electromagnetic Effects in Ferrite/Barium Titanate CompositeПаньковА. А.Pan’kovA. A.

доктор физ.−мат. наук, профессор

Dr. Sci. (Phis.–Math.), Prof.

mkmk_pr@pstu.ruПермский национальный исследовательский политехнический университет, Комсомольский просп., д. 29, Пермь, 614600, РоссияРоссияPerm National Research Polytechnic University, 29 Komsomolsky prospekt, Perm 614990, RussiaRussian Federation20140806201604290296Copyright © Паньков А.А., 20162016Паньков А.А.Pan’kov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/184

Получены новые решения для тензоров эффективных пироэлектромагнитных свойств пьезоактивных композитов на основе решения связанной краевой задачи электромагнитоупругости. При решении краевой задачи использованы новые решения для сингулярных составляющих вторых производных функций Грина для перемещений электрических и магнитных потенциалов в однородной трансверсально− изотропной пьезоэлектромагнитной среде с эллипсоидальным зерном неоднородности. Представлены результаты расчета концентрационных зависимостей эффективных коэффициентов пиро− и электромагнитной связанности композита феррит/титанат бария с эллипсоидальными сферическими волокнистыми включениями для различных полидисперсных структур и композита со слоистой структурой. Выявлено значительное влияние формы включений, особенностей взаимного расположения и инверсии свойств фаз на эффективные коэффициенты пиромагнитной и электромагнитной связанности композита. Сделан вывод о предпочтительном использовании пироэлектрика в качестве сферических включений в феррит−матрице композита. Что позволяет более чем в пять раз увеличить эффективную константу пиромагнитной связанности композита в сравнении с ее значением для той же структуры, но с инверсией свойств фаз при фиксированных значениях объемного содержания ферритовой и пироэлектрической фаз. 

New solutions for tensors of effective pyroelectro−magnetic properties of piezoactive composites on the basis of the solution of the boundary value problem of electro−magnetic elasticity have been obtained. For the solution of the boundary value problem, new solutions for singular components of the second derivative functions of Green for displacements, electric and magnetic potentials in homogeneous transversal isotropic piezo electro−magnetic medium with ellipsoidal grain of heterogeneity have been used. Calculation results of the concentration dependences for effective coefficients of pyromagnetic and electromagnetic coherence of ferrite/barium titanate composite with ellipsoidal, spherical, fibrous inclusions for various polydisperse structures and of composite with layered structure have been presented. Considerable influence of the shape of inclusions, features of relative positioning and inversion of properties of phases on the effective coefficients of pyromagnetic and electromagnetic coherence of the composite material have been revealed. The conclusion is drawn on the preferable use of the pyroelectric phase as spherical inclusions, and ferrite as the composite matrix. This allows for more than a five−fold increase in the effective constant of pyromagnetic coherence of the composite material in comparison with its value for the same structure but with inversion of properties of phases for constant volume fractions of the ferrite and pyroelectric phases.

пьезокомпозиткраевая задача электромагнитоупругостиэффективные пироэлектрические свойстваpiezocompositeboundary value problem of electro− magnetic elasticityeffective pyroelectric propertiesReferencesКоротких,Н.И.Пироэлектрические свойства полиэтиленоксида/ Н. И. Коротких, Н. Н. Матвеев, А. С. Сидоркин // Физика твердого тела. − 2009. − Т. 51, No 6. − С. 1215—1217.Korotkih, N. I., Matveev N. N., Sidorkin A. S. Pyroelectric properties of polyethylene oxide. Fizika tverdogo tela = Physics of the Solid State. 2009, vol. 51, no. 6, pp. 1215—1217. (In Russ.).Смирнова, Е. П. Пироэлектрический эффект в твердых растворах на основе магнониобата свинца / Е. П. Смирнова, С. Е. Александров, К. А. Сотников, А. А. Капралов, А. В. Сотников // Физика твердого тела. − 2003. − Т. 45, No 7. − С. 1245—1249.Smirnova E. P., Aleksandrov S. E., Sotnikov K. A., Kapralov A. A., Sotnikov A. V. Pyroelectric effect in solid solutions on the basis of a magnoniobat of lead. Fizika tverdogo tela = Physics of the Solid State. 2003, vol. 45, no. 7, pp. 1245—1249. (In Russ.)Ярмаркин, В. К. Пироэлектрические свойства кристаллов некоторых соединений на основе белковых аминокислот / В. К. Ярмаркин, С. Г. Шульман, Г. А. Панкова, В. В. Леманов // Физика твердого тела. − 2005. − Т. 47, No 11. − С. 2047—2049.Jarmarkin V. K., Shul’man S. G., Pankova G. A., Lemanov V. V. Pyroelectric properties of crystals of some connections on the basis of proteinaceous amino acids. Fizika tverdogo tela = Physics of the Solid State. 2005, vol. 47, no. 11, pp. 2047—2049. (In Russ.)Керимов, М.К. Пироэлектрический эффект в композитах, кристаллизованных в условиях действия плазмы электрического разряда / М. К. Керимов, М. А. Курбанов, Ф. Г. Агаев, С. Н. Мусаева, Э. А. Керимов // Физика твердого тела. − 2005. − Т. 47, No 4. − С. 686—690.Kerimov M. K., Kurbanov M. A., Agaev F. G., Musaeva S. N., Kerimov Je. A. Pyroelectric effect in the composites crystallized in the conditions of effect of plasma of an electric discharge. Fizika tverdogo tela = Physics of the Solid State. 2005, vol. 47, no. 4, pp. 686—690. (In Russ.)Каралюнас, Р.И. Эффективные термопьезоэлектрические свойства слоистых композитов / Р. И. Каралюнас // Механика композит. материалов. − 1990. − No 5. − С. 823—830.Karaljunas R. I. Effective thermopiezoelectric properties of layered composites. Mekhanika kompozitnykh materialov = Mechanics of Composite Materials. 1990, no. 5, pp. 823—830. (In Russ.).Шеpмеpгоp, Т. Д. Теоpия упpугости микpонеодноpодных сpед / Т. Д. Шеpмеpгоp − М. : Наука, 1976. − 399 с.Shepmepgop T. D. Teopija uppugosti mikponeodnopodnyh sped [Theory of elasticity of micro non−uniform medium]. Moscow: Nauka, 1976. 399 p. (In Russ.)Хорошун, Л. П. Прогнозирование эффективных свойств пьезоактивных композитных материалов / Л. П. Хорошун, Б. П. Маслов, П. В. Лещенко − Киев : Наукова думка, 1989. − 208 с.Horoshun L. P., Maslov B. P., Leshhenko P. V. Prognozirovanie jeffektivnyh svojstv p’ezoaktivnyh kompozitnyh materialov [Prediction of effective properties piezoactive composite materials]. Kiev: Naukova dumka, 1989. 208 p. (In Russ.)Паньков, А. А. Статистическая механика пьезокомпозитов / А. А. Паньков − Пермь: Изд−во Перм. гос. техн. ун−та, 2009. − 480 с.Pan’kov A. A. Statisticheskaja mehanika p’ezokompozitov [Statistical mechanics of piezo composites]. Perm’: Izdatel’stvo Permskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta, 2009. 480 p. (In Russ.)Паньков, А. А. Коэффициенты электромагнитной связи композита с пьезоактивными фазами/А.А.Паньков//Физическая мезомеханика. − 2011. − Т. 14, No 2. − С. 93—99.Pan’kov, A. A. Coefficients of electromagnetic communication of a composite with piezo active phases. Fizicheskaya mezomekhanika = Physical Mesomechanics. 2011, vol. 14, no. 2, pp. 93—99. (In Russ.).Кристенсен, Р. Введение в механику композитов / Р. Кристенсен − М. : Мир, 1982. − 334 с.Kristensen R. Vvedenie v mehaniku kompozitov [Introduction to mechanics of composites]. Moscow: Mir, 1982. 334 p. (In Russ.)Паньков, А. А. Влияние искривления слоев на коэффициенты электромагнитной связи пьезокомпозита / А. А. Паньков // Механика композиционных матеpиалов и констpукций. − 2012. − Т. 18, No 2. − С. 155—168.Pan’kov A. A. Influence of a curvature of layers on coefficients of electromagnetic communication of piezo composite. Mekhanika kompozitsionnykh matepialov i konstpuktsii = Composite Mechanics And Design. 2012, vol. 18, no. 2, pp. 155—168. (In Russ.).Гетман, И. П. О магнитоэлектрическом эффекте в пьезокомпозитах / И. П. Гетман // ДАН СССР. − 1991. − Т. 317, No 2. − С. 341—343.Getman I. P. About magnetoelectric effect in the piezo composites. Doklady akademii nauk SSSR. 1991, vol. 317, no. 2, pp. 341—343. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.