Совместно с зарубежными коллегами профессор Виталий Тополов выпустил новую монографию, важный акцент в которой сделан на связи между структурой исследованных композитов и их эффективными свойствами. Ученые привели результаты собственных научных исследований по современным пьезокомпозитам, впервые полученным в ЮФУ и за рубежом.
Сегодня в современной технике широко применяются материалы, характеризующиеся пьезоэффектом. Пьезоэлектричество связано с возникновеникм электрического заряда при механическом давлении в твердых диэлектрических материалах, например, в кристаллах, керамиках и композитах. Методы производства пьезоактивных композитов совершенствуются примерно с 80-х годов прошлого века и в основном ориентированы на получение материалов на основе сегнетопьезокерамики – сегнетоэлектрические керамики в поляризованном состоянии, обладающие важными физическими свойствами, сравнимыми со свойствами кристаллов аналогичного химического состава. Эти керамики являются наиболее распространенным классом пьезоэлектрических материалов на протяжении нескольких десятилетий.
По словам экспертов, наиболее инновационным методом получения композитов на основе сегнетопьезокерамики в настоящее время является быстрое прототипирование или 3D-печать. Однако этот и другие подобные методы не применяются при получении пьезоактивных композитов на основе сегнетоэлектрических кристаллов или наночастиц.
Новая монография "Innovative piezo-active composites and their structure – property relationships" доктора Джеймса Роскау, профессора Виталия Тополова, профессора Кристофера Бауэна и доктора Хамиде Ханбаре, опубликованная в издательстве «World Scientific» (Сингапур, 2022), заполняет пробелы о современных пьезоактивных композитах как об активных диэлектрических материалах с комплексом физических свойств, которые удается улучшить при определенных условиях. Результаты могут быть применены в пьезотехнике, медицинской технике, энергосберегающей сфере, гидроакустике, мехатронике и других областях.
«Композиты требуется сначала получить, затем изучить их конкретные свойства и продумать пути улучшения тех или иных свойств и параметров композитов для конкретных применений. Учитывая сложность технологической цепочки и стоимость отдельных компонентов будущих композитов, следует проводить прогнозирование их свойств и определять заранее, при каком содержании определенных компонентов и при каких микрогеометрических характеристиках будут достигаться наилучшие свойства и параметры. В нашей монографии прослеживается тенденция исследования новых пьезоактивных композитов по описанному выше сценарию»,– рассказал профессор кафедры общей физики Физического факультета ЮФУ Виталий Тополов.
Важной составляющей монографии являются результаты исследований, полученных в Институте высоких технологий и пьезотехники, НИИ физики, на Физическом и Химическом факультетах ЮФУ. Ученые не только ввели новый термин «innovative piezo-active composites», но и предложили три вида инновационных композитов на основе сегнетопьезокерамик: содержащие глину, корунд, а также композиты с двумя типами пор в керамических и полимерных слоях. Такие пьезокерамические материалы менее дорогостоящие, нежели пьезоэлектрические кристаллы, но при этом обладают свойствами, сравнимыми с кристаллами аналогичного состава. Создание новых композитов также облегчается легкодоступностью материалов, которую и используют в исследованиях учёные ЮФУ.
«Уже сами факты получения и исследования в ЮФУ нового пьезоактивного композита на основе глины из Ростовской области, а также пьезоактивного композита с новым типом связности 2–0–2–0 благодаря созданию независимых систем пор в двух компонентах заслуживают внимания. А консолидация усилий в научной сфере при учёте интересов различных сторон и мнений специалистов родственных направлений – это путь к освоению новых материалов и важная составляющая популяризации знаний и достижений в данной области науки», – отметил Виталий Тополов.
Уникальность монографии также состоит в систематическом описании пьезокомпозитов с прогнозируемыми свойствами.
Помимо международного сотрудничества, профессор Виталий Тополов проводит на базе ЮФУ исследования гетерогенных активных диэлектрических материалов, в том числе композитов на основе сегнетоэлектриков и гетерофазных/полидоменных сегнетоэлектриков. Участвует в НИР ЮФУ «Разработка и материаловедческое обоснование создания материалов и изделий на основе пьезоэлектрической керамики с применением аддитивных технологий» (контракт 176/22-Д от 11.07.2022) и активно включен в реализацию Программы стратегического академического лидерства Приоритет 2030 ЮФУ (приказ ЮФУ N2338 от 07.12.2021)