Диффузионно-деформационная неустойчивость поверхности пьезоэлектрической керамики под воздействием импульсных потоков газовой плазмы
Российский научный фонд, 24-19-00716
Муратиков К.Л.
1, Капралов А.А.
1, Сотникова Г.Ю.
1, Сухарев А.А.
11Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия

Email: klm.holo@mail.ioffe.ru, kapr_alex@inbox.ru, GSotnikova@mail.ioffe.ru, alexsukharev@mail.ioffe.ru
Поступила в редакцию: 22 октября 2025 г.
В окончательной редакции: 22 октября 2025 г.
Принята к печати: 27 декабря 2025 г.
Выставление онлайн: 26 марта 2026 г.
Представлены результаты экспериментов по модификации поверхности пьезокерамических материалов в результате воздействия высокоэнергетических импульсных потоков газовой плазмы. В рамках теории диффузионно-деформационной неустойчивости предложена физическая модель, описывающая процессы формирования рельефа поверхности и снижения объемной поляризации образца при увеличении количества импульсов воздействия. Рассмотрены динамические уравнения деформации поверхности с учетом значительных градиентов концентрации дефектов и изменения их активационной энергии в области воздействия плазмы с высоким тепловым фактором потока. Полученные оценки характерного масштаба деформаций и рельефа поверхности хорошо согласуются с экспериментальными данными для образцов пьезокерамики, подвергнутых воздействию потоков газовой плазмы различного ионного состава, и качественно объясняют наблюдаемые изменения поляризации в объеме образцов. Ключевые слова: пьезоэлектрическая керамика, деформация поверхности, взаимодействие плазмы с поверхностью, неустойчивость, дефекты.
- K. Uchino. Advanced piezoelectric materials. Science and Technology (Second Edition). Woodhead Publishing (2017). 830 p
- А.Е. Панич. Физические основы приборостроения 8, 1 (31), 30 (2019)
- А.Ю. Малыхин, Л.А. Дыкина, Е.А. Панич. Российский химический журнал 64, 3, 97 (2020)
- J.A. Genenko, J. Glaum, M.J. Hoffmann, K. Albe. Mater. Sci. Eng. B 192, 52 (2015)
- E. Mercadelli, C. Galasi. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 68, 2, 217 (2021)
- A.N. Rybyanets, I.A. Shvetsov, N.A. Shvetsova, M.A. Marakhovsky, N.A. Kolpacheva. J. Adv. Dielectr. 15, 4, 2540001 (2025)
- N. Shen, Q. Liao, Y. Liao, R. Li, Y. Zhang, S. Song, Y. Song, C. Zhu, L. Qin. Coatings 15, 1, 51 (2025)
- X. Feng, H. Tao, S. Yang, C. Liu, C. Wei, Y. Wang, H. Zhao, S. Yao, Z. Cheng, Adv. Mater. Technol. 10, 16, 240220710 (2025)
- N. Curry, M. Leitner, K. Korner. Coatings 10, 10, 957 (2020)
- O. Aranke, M. Gupta, N. Markocsan, Xin-Hai Li, B. Kjellman. J. Therm. Spray. Tech. 28, 198 (2019)
- S. Tao, J. Yang, W. Li, F. Shao, X. Zhong, H. Zhao, Y. Zhuang, J. Ni, S. Tao, K. Yang. Coatings. 10, 9, 894 (2020)
- X. Yan, P. Zhai, C. Yang, S. Zhao, S. Nan, P. Hu, T. Zhang, Q. Chen, L. Xu, Z. Li, J. Liu. Appl. Phys. Lett. 125, 4, 042103 (2024)
- С.А. Ахманов, В.И. Емельянов, Н.И. Коротеев, В.Н. Семиногов. УФН 147, 675 (1985)
- Ф.Х. Мирзоев, В.Я. Панченко, Л.А. Шелепин. УФН 166, 1, 3 (1996)
- С.И. Кудряшов, Н.А. Смирнов, Н.И. Буслеев, П.П. Пахольчук, М.С. Ковалев, М.А. Тархов, Г.Х. Султанова, И.В. Красногоров. Письма в ЖЭТФ 121, 9, 711 (2025)
- А.А. Борматов, В.М. Кожевин, С.А. Гуревич. ЖТФ 91, 5, 721 (2021)
- В.М. Кожевин, М.В. Горохов, А.А. Борматов. Письма в ЖТФ 43, 14, 72 (2017)
- R.M. Bradley, D.A. Pearson. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 551, 165345 (2024).
- E.E. Mukhin, V.M. Nelyubov, V.A. Yukish, E.P. Smirnova, V.A. Solovei, N.K. Kalinina, V.G. Nagaitsev, M.F. Valishin, A.R. Belozerova, S.A. Enin, A.A. Borisov, N.A. Deryabina, V.I. Khripunov, D.V. Portnov, N.A. Babinov, D.V. Dokhtarenko, I.A. Khodunov, V.N. Klimov, A.G. Razdobarin, S.E. Alexandrov, D.I. Elets, A.N. Bazhenov, I.M. Bukreev, An.P. Chernakov, A.M. Dmitriev, Y.G. Ibragimova, A.N. Koval, G.S. Kurskiev, A.E. Litvinov, K.O. Nikolaenko, D.S. Samsonov, V.A. Senichenkov, R.S. Smirnov, S.Y. Tolstyakov, I.B. Tereschenko, L.A. Varshavchik, N.S. Zhiltsov, A.N. Mokeev, P.V. Chernakov, P. Andrew, M. Kempenaars. Fusion Eng. Des. 176, 9, 113017 (2022)
- Г.Ю. Сотникова, А.В. Воронин, В.Ю. Горяинов, Н.В. Зайцева, В.Н. Климов, А.В. Нащекин, Р.С. Пассет, А.В. Сотников. Письма в ЖТФ 50, 3, 25 (2024)
- G.Y. Sotnikova, A.V. Ankudinov, A.V. Voronin, G.A. Gavrilov, A.L. Glazov, V.Yu. Goryainov, N.V. Zaitseva, A.V. Nashchekin, R.S. Passet, A.A. Vorob`ev, A.V. Sotnikov. Ceramics 7, 4, 1695 (2024)
- В.Ю. Тополов, А.Е. Панич. Электронный научный журнал "Исследовано в России" 8 (2008)
- А.В. Воронин, В.Ю. Горяинов, В.К. Гусев. ЖТФ 90, 6, 1028 (2020)
- Г.Ю. Сотникова, С.Е. Александров, Г.А. Гаврилов. Успехи прикладной физики 10, 4, 389 (2022)
- А.М. Косевич. Физическая механика реальных кристаллов. Наукова думка, Киев (1981). 328 с
- А.А. Скворцов, О.В. Литвиненко, А.М. Орлов. ФТП 37, 1, 17 (2003)
- А.Л. Глазов, К.Л. Муратиков. ФТТ 66, 36, 359 (2024)
- H.N. Shekhani, E.A. Gurdal, L. Ganapatibhotla, J.K. Maranas, R. Staut, K. Uchino. Material Science 3, 1, 10 (2020)
- С.Н. Каллаев, Г.Г. Гаджиев, И.К. Камилов, З.М. Омаров, С.А. Садыков. Известия РАН, Сер. физ. 68, 7, 979 (2004)
- K.W. Kwok, M.K. Cheung, H.L.W. Chan, C.L. Choy. J. Appl. Phys. 101, 054108 (2007)
- A.K. Tagantsev, I. Stolichnov, E. Colla, N. Setter. J. Appl. Phys. 90, 1387 (2001)
- Q. Huang, Z. Chen, M.J. Cabral, F. Wang, Sh. Zhang, F. Li, Y. Li, Simon P. Ringer, H. Luo, Yiu-Wing Mai, X. Liao. Nat. Commun. 12, 2095 (2021)
- S.B. Lang. Ferroelectrics 118, 1, 343 (1991)
- S. Biryukov, A. Sotnikov, M. Weihnacht. Ferroelectrics 185, 1, 281 (1996)
- G.Y. Sotnikova, G.A. Gavrilov, A.A. Kapralov, K.L. Muratikov, E.P. Smirnova. Rev. Sci. Instr. 91, 1, 015119 (2020)
- N.A. Shvetsova, I.A. Shvetsov, M.A. Lugovaya, E.I. Petrova, A.N. Rybyanets. J. Adv. Dielectr. 12, 2, 2160006 (2022)
- N.A. Shvetsova, I.A. Shvetsov, E.I. Petrova, A.V. Nasedkin, A.N. Rybyanets. In: Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications. Springer Proceedings in Materials. Vol. 20. Springer Nature, Switzerland (2023). P. 175.