OBTAINING AND INVESTIGATION OF PIEZOELECTRIC COMPOSITE CONSISTING OF LEAD ZIRCONATE-TITANATE AND ORTHOPHOSPHORIC ACID
DOI:
https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2022.01.019Keywords:
composite material, piezoelectric material, lead zirconate-titanate, disperse particles, phosphate binders, orthophosphoric acid, porosity, piezoelectric charge constant.Abstract
Piezoelectric composite material consisting of lead zirconate-titanate and orthophosphoric acid was obtained and investigated. Piezoelectric ceramic PZT-19 was used as filler with a controlled particle size distribution in ranges of 45 to 63 μm, 63 to 125 μm, 125 to 250 μm,250 to 500 μm. Piezoelectric ceramic material was mixed with 85 % water solution of orthophosphoric acid added in the amount of 10 % of a PZT mass. Specimens were formed by uniaxial cold pressing under pressure of 196 MPa. Specimens were dried at 200 °C, metallized with silver based conductive paste at 700 °C, and then poled in air at electric field of 2 kV/mm at the temperature of 260 °C. Density, dielectric permittivity, dielectric loss factor, mechanical quality factor, and longtitudal, planar, and hydrostatic piezoelectric charge constantsof obtained composite were measured. Compared to conventionally sintered PZT-19, obtained composite is characterized by decrease of longtitudal and planar piezoelectric charge constants, dielectric permittivity, mechanical quality factor and increase of dielectric loss factor. It is observed that different rate of decrease of longtitudal and planar piezoelectric charge constants lead to significant increase of hydrostatic charge constant, compared to a sintered piezo material. The hypotheses are made to explain observed results with the influence of paraelectric phases (air in pores and products of a reaction between piezoelectric ceramics and orthophosphoric acid).
References
Яффе Б., Кук, У.Р. Яффе, Г. Пьезоэлектрическая керамика. Москва : Мир, 1974. 290 с.
Антоненко А.М., Кудзин А.Ю., Гавшин М.Г. Влияние доменной структуры на электромеханические свойства сегнетокерамики ЦТС и МНВТ // Физика твердого тела. 1997. Т. 39. № 5. С. 920–921.
Титов С.В., Резниченко Л.А., Разумовская О.Н. Высокоэффективные пьезоэлектрические керамические материалы на основе титаната свинца, модифицированного редкоземельными элементами (РЗЭ), для ультразвуковых приборов в медицинской практике // Известия ТРТУ. 2000. № 4 (18). С. 166–167.
Пьезоэлектрический керамический материал : пат. 2498958 Рос. Федерация № 2012124131/03; заявл. 08.06.2021; опубл. 20.11.2013. Бюл. № 32. 7 с.
Способ получения композиционного пьезоматериала : пат. 2414017 Рос. Федерация № 2010108372/28; заявл. 10.03.2010; опубл. 10.03.2011. Бюл. № 7. 9 с.
Способ получения композиционного пьезоматериала : пат. 2623693 Рос. Федерация № 2015151735; заявл. 03.12.2015; опубл. 08.06.2017. Бюл. № 16. 14 с.
Смажевская Е.Г, Фельдман Н.Б. Пьезоэлектрическая керамика. Москва : Советское радио. 1971. 200 с.
Пьезоэлектрический отклик и особенности микрогеометрии нового композита на основе сегнетопьезокерамики ЦТС-19 / П.А. Борзов [и др.] // Нано- и микросистемная техника. 2015. № 6. С. 22–29.
Dielectric and piezoelectric properties of PVDF/PZT composites: A review / A. Jain [et al.] // Polym. Eng. Sci. 2015. Vol. 55. № 7. P. 1589–1616. doi10.1002/pen.24088.
Egusa S., Iwasawa N. Piezoelectric paints as one approach to smart structural materials with health-monitoring capabilities // Smart Mater. Struct. 1998. Vol. 7. № 4. P. 438–445. doi 10.1088/0964-1726/7/4/002.
Giurgiutiu V., Lin B. In situ fabricated smart material active sensors for structural health monito-ring // Smart Materials III: SPIE, 2004. Vol. 5648. P. 68–78. doi 10.1117/12.582146.
Kang L.-H. Vibration and impact monitoring of a composite-wing model using piezoelectric paint // Adv. Compos. Mater. 2014. Vol. 23. № 1. P. 73–84. doi 10.1080/09243046.2013.862390.
Han D.-H., Kang L.-H. Piezoelectric properties of paint sensor according to piezoelectric materials // Funct. Compos. Struct. 2020. Vol. 2. № 2. P. 1–11. doi 10.1088/2631-6331/ab90e1.
Payo I., Hale J.M. Dynamic characterization of piezoelectric paint sensors under biaxial strain // Sens. Actuators Phys. 2010. Vol. 163. № 1. P. 150–158. doi 10.1016/j.sna.2010.08.005.
Payo I., Hale J.M. Sensitivity analysis of pie-zoelectric paint sensors made up of PZT ceramic powder and water-based acrylic polymer // Sens. Actuators Phys. 2011. Vol. 168. № 1. P. 77–89. doi 10.1016/j.sna.2011.04.008.
Energy harvesting from piezoelectric paint films under biaxial strain / I. Payo [et al.] // Smart Ma-ter. Struct. 2020. Vol. 29. № 5. P. 055008. doi 10.1088/1361-665X/ab79b4.
Судакас Л.Г. Фосфатные вяжущие системы. Санкт-Петербург : Квинтет, 2008. 254 с.
Кошкин Г.А., Пак Ч.Г., Розен А.Е., Кикот В.В., Андреев, В.Г. Получение композиционного материала системы «цирконат–титанат свинца – фосфатное связующее» // Международный симпозиум «Надежность и качество». Пенза : ПГУ, 2021. Т. 2.
Глозман И.А. Пьезокерамические материалы в электронной технике. Москва–Ленинград: Энергия, 1965. 192 с.
Магилат В.А. Жаростойкий газобетон на основе алюмоборфосфатного связующего и высокоглиноземистых отходов нефтехимии : автор. дис. … канд. техн. наук. Уфа, 2002. 20 с.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2022 Gleb A. Koshkin, Chir Gen Pak, Andrey Ye. Rozen, Viktor V. Kikot
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
.
This work is licensed under a 
