Разработка микроструктур для формирования свойств метаматериалов пьезоэлементов


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Проведено проектирование микроячеек для последующего моделирования из них пьезо- и оптоэлементов. Осуществлена разработка пьезоэлектрических и оптических элементов из микроячеек и подготовлены модели для печати на 3D-принтере. Эти конструкции можно практически использовать в качестве пьезоакустических или пьезоэлектрических датчиков в ультразвуковых расходомерах, если в их состав добавляется пьезоэлектрический порошок, или использовать для создания оптических структур дифракционных оптических элементов. Проведён анализ ключевых характеристик и коэффициентов пьезоэлектрических структур, таких как диэлектрическая константа, коэффициент преобразования, коэффициент потерь диэлектрика, добротность упругой системы, частотная константа, коэффициент электромеханической связи, коэффициент пьезоэлектрического заряда, пьезоэлектрический коэффициент напряжения, коэффициент упругой податливости, скорость старения, точка Кюри. Элементы, полученные с помощью 3D-печати, будут иметь свойства, отличные от свойств элементов, полученных стандартными методами. Данные структуры открывают новые возможности для развития ультразвуковых исследований, машиностроения и приборостроения.

Об авторах

В. С. Бут

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Автор, ответственный за переписку.
Email: mister_byt@mail.ru

аспирант кафедры наноинженерии

Россия

А. А. Кобелев

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Email: kobelevanton89@mail.ru

аспирант кафедры наноинженерии

Россия

С. В. Карпеев

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Email: karp@smr.ru

доктор физико-математических наук, профессор кафедры наноинженерии

Россия

Список литературы

  1. Андрианова А.В., Виноградова И.Л., Султанов А.Х., Мешков И.К., Абдрахманова Г.И., Грахова Е.П., Ишмияров А.А., Янтилина Л.З. Подход к получению 3D-наноструктурного двухфазного ситаллового стекла, основанный на интенсивном кручении под высоким давлением // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40, № 4. С. 489-500. doi: 10.18287/2412-6179-2016-40-4-489-500
  2. Скиданов Р.В., Досколович Л.Л., Ганчевская С.В., Бланк В.А., Подлипнов В.В., Казанский Н.Л. Экспериментальное исследование дифракционных линз для работы с излучением нескольких заданных длин волн // Компьютерная оптика. 2020. Т. 44, № 1. С. 22-28. doi: 10.18287/2412-6179-CO-646
  3. Tripathi N., Pavelyev V.S., But V.S., Lebedev S.A., Kumar S., Sharma P., Mishra P., Sovetkina M.A., Fomchenkov S.A., Podlipnov V.V., Platonov V. Analysis and optimization of photonics devices manufacturing technologies based on Carbon Nanotubes // Journal of Physics: Conference Series. 2019. V. 1368, Iss. 2. doi: 10.1088/1742-6596/1368/2/022034
  4. Глущенко А.Г., Глущенко Е.П. Использование метаматериалов для управления скоростью распространения света в оптических структурах // Компьютерная оптика. 2017. Т. 41, № 2. С. 202-207. doi: 10.18287/2412-6179-2017-41-2-202-207
  5. Борминский С.А., Солнцева А.В., Скворцов Б.В.. Метод оптоэлектронного контроля объёма жидкости в резервуаре // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40, № 4. С. 552-559. doi: 10.18287/2412-6179-2016-40-4-552-559
  6. Стороженко Д.В., Дзюба В.П., Кульчин Ю.Н., Амосов А.В. Экситонная оптическая нелинейность диэлектрических нанокомпозитов в слабых оптических полях // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40, № 6. С. 855-862. doi: 10.18287/2412-6179-2016-40-6-855-862
  7. Volkov A.V., Kazanskiy N.L., Moiseyev O.Ju., Soifer V.A. A method for the diffractive microrelief formation using the layered photoresist growth // Optics and Lasers in Engineering. 1998. V. 29, Iss. 4-5. P. 281-288. doi: 10.1016/S0143-8166(97)00116-4
  8. Скиданов Р.В., Моисеев О.Ю., Ганчевская С.В. Аддитивная технология изготовления фазовых дифракционных оптических элементов // Оптический журнал. 2016. Т. 83, № 1. С. 32-35.
  9. Miklyaev Y.V., Karpeev S.V., Dyachenko P.N., Pavelyev V.S. Fabrication of three-dimensional photonic crystals by interference lithography with low light absorption // Journal of Modern Optics. 2009. V. 56, Iss. 9. P. 1133-1136. doi: 10.1080/09500340902919469
  10. Дьяченко П.Н., Карпеев С.В., Павельев В.С. Формирование и исследование трёхмерных металлодиэлектрических фотонных кристаллов инфракрасного диапазона // Компьютерная оптика. 2010. Т. 34, № 4. С. 501-505.
  11. Dyachenko P.N., Karpeev S.V., Fesik E.V., Miklyaev Y.V., Pavelyev V.S., Malchikov G.D. Fabrication of three-dimensional metallodielectric photonic crystals by interference lithography // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2010. V. 7713. doi: 10.1117/12.853791
  12. Dyachenko P.N., Karpeev S.V., Fesik E.V., Miklyaev Y.V., Pavelyev V.S., Malchikov G.D. The three-dimensional photonic crystals coated by gold nanoparticles // Optics Communications. 2011. V. 284, Iss. 3. P. 885-888. doi: 10.1016/j.optcom.2010.10.006
  13. Dyachenko P.N., Karpeev S.V., Pavelyev V.S. Fabrication and characterization of three-dimensional metallodielectric photonic crystals for infrared spectral region // Optics Communications. 2011. V. 284, Iss. 22. P. 5381-5383. doi: 10.1016/j.optcom.2011.07.062
  14. Cui H., Hensleigh R., Yao D., Maurya D., Priya S., Kumar P., Kang M.G., Priya Sh., Zheng X.R. Three-dimensional printing of piezoelectric materials with designed anisotropy and directional response // Nature Materials. 2019. V. 18, Iss. 3. P. 234-241. doi: 10.1038/s41563-018-0268-1
  15. Yasuda H., Miyazawa Y., Charalampidis E.G., Chong C., Kevrekidis P.G., Yang J. Origami-based impact mitigation via rarefaction solitary wave creation // Science Advances. 2019. V. 5, Iss. 5. doi: 10.1126/sciadv.aau2835
  16. Pavelyev V.S., Borodin S.A., Kazanskiy N.L., Kostyuk G.F., Volkov A.V. Formation of diffractive microrelief on diamond film surface // Optics and Laser Technology. 2007. V. 39, Iss. 6. P. 1234-1238. doi: 10.1016/j.optlastec.2006.08.004
  17. Абульханов С.Р., Казанский Н.Л., Досколович Л.Л., Казакова О.Ю. Методы изготовления элементов дифракционной оптики резанием на станках с ЧПУ // СТИН. 2011. № 9. P. 22-27.
  18. Bezus E.A., Doskolovich L.L., Kazanskiy N.L. Evanescent-wave interferometric nanoscale photolithography using guided-mode resonant gratings // Microelectronic Engineering. 2011. V. 88, Iss. 2. P. 170-174. doi: 10.1016/j.mee.2010.10.006
  19. Безус Е.А., Досколович Л.Л., Казанский Н.Л. Формирование интерференционных картин затухающих электромагнитных волн для наноразмерной литографии с помощью волноводных дифракционных решёток // Квантовая электроника. 2011. Т. 41, № 8. С. 759-764.
  20. Казанский Н.Л., Моисеев О.Ю., Полетаев С.Д. Формирование микрорельефа методом термического окисления плёнок молибдена // Письма в журнал технической физики. 2016. Т. 42, № 3. P. 106-110.
  21. Казанский Н.Л., Степаненко И.С., Хаймович А.И., Кравченко С.В., Бызов Е.В., Моисеев М.А. Оптимизация параметров инжекционного литья мультилинз из термопластичных полимеров // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40, № 2. С. 203-214. doi: 10.18287/2412-6179-2016-40-2-203-214
  22. Проценко В.И., Казанский Н.Л., Серафимович П.Г. Анализ параметров систем детектирования множественных визуальных объектов в режиме реального времени // Компьютерная оптика. 2015. Т. 39, № 4. С. 582-591. doi: 10.18287/0134-2452-2015-39-4-582-591
  23. Никитин В.С., Семёнов Э.И., Солостин А.В., Шаров В.Г., Чайка С.В. Моделирование работы «смартлинк соединения» // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40, № 1. С. 64-72. doi: 10.18287/2412-6179-2016-40-1-64-72
  24. Карпеев С.В., Устинов А.В., Хонина С.Н. Расчёт и анализ трёхволнового дифракционного фокусирующего дублета // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40, № 2. С. 173-178. doi: 10.18287/2412-6179-2015-40-2-173-178
  25. But V.S., Kobelev A.A., Karlin E.S., Karpeev S.V. Development and investigation of micro- and nanostructures of metamaterials to form the necessary characteristics and coefficients of piezoelectric elements // Journal of Physics: Conference Series. 2021. V. 1745. doi: 10.1088/1742-6596/1745/1/012008
  26. Tamir T., Zhang S. Resonant scattering by multilayered dielectric gratings // Journal of the Optical Society of America A: Optics and Image Science, and Vision. 1997. V. 14, Iss. 7. P. 1607-1616. doi: 10.1364/JOSAA.14.001607
  27. Wei C., Liu S., Deng D., Shen J., Shao J., Fan Z. Electric field enhancement in guided-mode resonance filters // Optics Letters. 2006. V. 31, Iss. 9. P. 1223-1225. doi: 10.1364/OL.31.001223
  28. Sun T., Ma J., Wang J., Jin Y., He H., Shao J., Fan Z. Electric field distribution in resonant reflection filters under normal incidence // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. 2008. V. 10, Iss. 12. doi: 10.1088/1464-4258/10/12/125003
  29. Дифракционная оптика и нанофотоника / под ред. В.А. Сойфера. М.: Физматлит, 2014. 608 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах