Навигация по сайту

•  Автобиография
     руc •  укр •  фр •  анг

•  Реферат
     руc •  фр

•  Библиотека

•  Ссылки

•  Отчет о поиске

•  Индивидуальное задание

•  ДонНТУ

•  Портал магистров

АЛЬТЕРНАТИВНЕ ЗНЕЗАРАЖЕННЯ ПИТНОЇ ВОДИ

К.В. Щербак, Ю.С.Прилипко
Донецький національний технічний університет, Україна


"Науковий вісник НГУ" №5 2008 рік


     Всім відомо, що людський організм на 75% складається з води. Вода для організму кожного з нас – вкрай важливий будівельний матеріал. І чим більш якісним є цей будівельний матеріал, тим здоровішим стає наш організм. Безумовно, питна вода повинна бути абсолютно чистою за хімічними та бактеріологічними показниками. Вона не повинна містити солей важких металів, складних хімічних сполук. Вода обов’язково повинна містити достатню кількість солей та мінералів.

     Сучасні методи очищення води дають можливість досягати хороших хімічних параметрів води досить легко. Але будь-який потужний агресивний вплив на воду (хлорування, очистка коагулянтами, зворотній осмос, кип’ятіння) призводить до незворотних та невідновних аномальних порушень її фізичних властивостей. Тому найбільш ефективним, невпливаючим на стан здоров’я, альтернативою теперішнього часу є спосіб знезараження води ультразвуком. Ультразвук на 95 % убиває дизентерійні палички, сипнотифозний вipyc та iншi через 1 - 2 хвилини після оброблення. Основна маса бактерій гине під дією ультразвукових коливань частотою 20 - 30 кГц упродовж 2 - 5 с.

     Важливішою частиною ультразвукового обладнання є перетворювач, який складається з металевої оснастки та п’єзокерамічних елементів. Основними параметрами ефективної роботи такого перетворювача є електрофізичні, акустичні та механічні характеристики.

     З метою поліпшення цих характеристик п’єзоелементів (зниження тангенсу кута діелектричних втрат tg δ, підвищення п’єзоактивності, механічної добротності Qm ) та підвищення їх стабільності в умовах зміни температурних і польових режимів експлуатації проводили експериментальні дослідження сегнетокерамічного матеріалу ЦТССт-3 (цирконату-титанату свинцю) для поліпшення властивостей базового складу завдяки модифікуванням, тобто введенням невеликої кількості (не більше 10% ат.) різних оксидів. В даній роботі була зроблена спроба поліпшення властивостей шляхом включення в склад модифікаторів оксидів високовалентних металів: вольфраму, молібдену, ніобію, германію.

     Дослідження проводили на зразках вироблених з суміші оксидів і карбонатів відповідних металів по традиційній керамічній технології з різним вмістом титану та цирконію. Повноту синтезу контролювали ренгено-фазовим аналізом, питому поверхню помеленого порошку за допомогою ПСХ-2. Готові елементи металізували срібною пастою та поляризували в середовищі поліетилсилоксанової рідини при 150 °С електричним полем і міряли їх п’єзоелектричні властивості методом резонансу-антирезонансу.

     Як показали дослідження на електрофізичні властивості вказані добавки оказують комплексну дію, змінюючи декілька параметрів (табл.1). Так як електричні та механічні дії на п’єзоелементи великі, то діелектричні втрати грають істотну роль і вони повинні бути мінімальними, а механічна добротність максимальною. За результатами експерименту дійсно бачимо підвищення значень механічної добротності, а на деяких складах отримано зменшення тангенсу кута діелектричних втрат як в умовах малого збудження (100 мВ), так і в сильних полях (3кВ/см), практично в усіх складах покращилась стабільність ємності в умовах зміни температури (ΔС/С, ТКЧ).

     Важливим є факт підвищення температури Кюрі Tk , так як при цьому спостерігається значний зсув межі, при якій відбувається деполяризація п’єзоелементів.

Таблиця 1 – Вплив різних модифікаторів (х) на властивості п’єзокераміки (Pb(1-y)Sry)(Zr0,52Ti48)O3 + x

Індекс матеріалу x y εT33/ε0 tg δ, % Kp d31*1012,кл/Н Qm Tk ,°C ТКЧ -60 ÷ 60,°C ΔС/С 20 ÷ 80, %
ЦТССт-3     1400 ≤ 0,55 ≥ 0,55 ≤ 140 ≤ 800 290± 90   20
1. Модифікатор на основі оксиду ніобію

Д-7/2
Д-7
Д-7/4
Д7/10

0,015
0,020
0,022
0,015

0,03
0,03
0,03
0,05

1030
1020
1050
1000

0,48
0,86
0,90
0,48

0,570
0,570
0,560
0,510

107
105
104
92

950
820
880
970

343
335
342
340

0,43
0,25
0,29
0,26

12,40
12,30
13,50
11,30
2. Модифікатор на основі оксиду молібдену

Д-6
Д-6/1
Д-6/2
Д-6/7

0,020
0,013
0,015
0,013

0,03
0,03
0,03
0,05

1050
1030
1015
1010

0,92
0,36
0,51
0,36

0,557
0,580
0,562
0,544

104
109
104
98

875
1235
1090
1170

330
337
345
330

0,23
0,45
0,48
0,34

13,60
11,95
10,80
12,80
3. Модифікатор на основі оксиду германію

Д-8
Д-8/1
Д-8/2
Д-8/10

0,020
0,013
0,015
0,015

0,03
0,03
0,03
0,05

1020
1030
1030
1080

0,58
0,38
0,36
0,48

0.550
0,580
0,550
0,530

106
110
108
101

1030
1190
1290
900

327
335
330
332

0,42
0,34
0,63
0,48

12,30
13,60
11,50
12,00


     При введенні модифікатору ніобію найбільш оптимальне поєднання електрофізичних властивостей спостерігається в складі Д-7/2 (високі значення Qm, Tk, низькі значення tg δ в сильних полях). На друге місце можна пропонувати склад Д 7/10, в якому спостерігається найвище серед інших значення Qm, високі значення Tk , а також низькі значення tg δ . Але для цього складу є трохи занижені результати значень таких характеристик як d31, Kp ,d31 . При введенні такого модифікатору як молібдену та германію спостерігаються бажані підвищення коефіцієнтів електромеханічного зв’язку Kp та Qm порівняно з ніобіймістячим модифікатором. Серед отриманих значень електрофізичних властивостей різних складів для молібденомістячого модифікатору можна сказати, що найкращу комбінацію має склад Д-6/1. ( найнижче значення tg δ , найвище Qm , та допустиму Tk ). Заслуговує уваги склад Д-6/7, так як в нього спостерігаємо непогані значення Kp та Qm. Для германіймістячого модифікатору оптимальні властивості має склад Д-8/1 по всім показникам. Звертає увагу факт зниження величини п’єзомодулю d31 в усіх досліджених складів порівняно з ЦТССт-3. Але це робить їх не менш актуальними.

     Таким чином, отримані результати дають можливість говорити про управління електрофізичними параметрами п’єзокераміки вар’юванням складу модифікаторів, що дозволило розробити ефективні склади для випромінювачей потужного ультразвуку.

     Вибір того або іншого складу сегнетоелектричноного матеріалу буде тепер залежити від напряму та умов застосувань пристроїв, в яких розтащовуються ці маленькі, але дуже важливі п’єзоелементи.



© ДонНТУ 2008 Щербак Карина Викторовна