3784493667

Praca Doktorska - Anna Sapińska- Wcisło

Kolejnym materiałem należącym do grupy smart są materiały elektrostatyczne. Materiały te mają bliski związek z materiałami piezoelektrycznymi. Zasadnicza różnica pomiędzy tymi materiałami polega jednak na tym, że materiały elektrostatyczne wykazują symetrię przy rozprowadzeniu obciążenia, natomiast materiały piezoelektryczne takiej symetrii nie posiadają [4],

Innym materiałem tego typu są materiały elektrochromiczne. Elektrochromizm jest definiowany jako zdolność materiału do zmiany jego optycznych własności pod wpływem przyłożonego napięcia. Materiały te są używane jako warstwy antystatyczne, warstwy elektrochromatyczne w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych LCD.

2.1 Piezoelektryki

Najbardziej popularnymi a zarazem najstarszymi materiałami inteligentnymi są piezoelektryczne ceramiki i polimery [22,27,37,39], Pierwszą wzmiankę na temat piezoelektryków możemy znaleźć w artykule z 1880 r. gdzie Pierre i Paul-Jacques Curie opisali jak na powierzchni różnorodnego kryształu rozwijały się ładunki elektryczne, podczas jego deformacji w niektórych kierunkach. Skupili się oni na krysztale turmalinu, soli i kwarcu. Rok później odkryli, iż efekt działa odwrotnie. Po przyłożeniu napięcia kryształ zmieniał swój kształt [96,97,101.

Piezoelektryki są to związki, w których zachodzi zjawisko polegające na zmianie kształtu ciała pod wpływem pola elektrycznego (zjawisko piezoelektryczne proste). Wyniku pojawienia się na przeciwległych ściankach ciała ładunku elektrycznego pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego(zjawisko piezoelektryczne odwrotne) [41,57,58,59,105], Zjawisko piezoelektryczne proste polega na powstaniu, na powierzchni dielektryka ładunku elektrycznego pod wpływem przyłożonych naprężeń mechanicznych.

Zjawisko piezoelektryczne odwrotne polega na odkształceniu dielektryka pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego. Stosunek powstającego ładunku pod wpływem przyłożonej siły oraz stosunek pola elektrycznego do wywołanego nim odkształcenia ciała, jest liniowy.

Większość piezoelektrycznych ceramików to tytanian ołowiano cyrkonowy (lead zirconate titanate (PZT)), występuje również odmiany niobano ołowiano magnezowa (lead magnesium niobate (PMN)). Ostatnią grupą z piezo materiałów są specjalne polimery (polyvinylidene diflouride (PVDE)). Materiały te cechuje mniejszy efekt piezoelektryczny niż ceramiki, lecz ich mechaniczna podatność ma większe znaczenie w niektórych zastosowaniach [7],

Piezopolimery zaliczane są do grupy elektromagnetycznych materiałów inteligentnych i znajdują coraz szersze zastosowanie praktyczne. Stosowane powszechnie piezoelektryki ceramiczne mają bardzo dobre właściwości piezoelektryczne. Jednak ich wymiary są limitowane względami technologicznymi. Wadą tych materiałów jest ich kruchość. Takich ograniczeń nie mają piezoelektryki polimerowe. Zdecydowana większość doniesień literaturowych o technologii formowania piezoelektryków z PVDF dotyczy cienkich folii. Natomiast dla wielu zastosowań, np. monitorowanie dużych obszarów, bardziej odpowiednią formą są piezoelektryki w formie długich odcinków przewodu.

Produkowane materiał piezoelektryczne posiadają elektryczne dipole rozmieszczone w sposób chaotyczny. Odpowiedź tych dipoli na pole elektryczne powoduje odpowiednie ułożenie się ich nie zmieniając objętości materiału[20]. Aby otrzymać jednoznaczną makroskopową odpowiedź, dipole muszą być ciągle wyrównywane. Proces taki nazywamy regulacją biegunowości (z ang. poling)(Rys.2.5).

Materiały piezoelektryczne posiadają pewien charakterystyczny punkt temperatury zwany punktem Curie. Kiedy podgrzejemy PZT powyżej tej temperatury, w fazie stałej materiału dipole mogą zmienić swoją orientację. W regulacji biegunowości materiał jest podgrzewany