Автореферат (Получение, структурные и электрофизические исследования новых сегнетоэлектрических и родственных фаз оксидных систем (1-x)Ba(Ti1-yZry)O3·xPbTiO3, (Pb1-xBax)5Ge3O11, Pb3Mn7O15), страница 2

В частности, выявлены новые составы на основе твердых растворов (1-x)Ba(Ti1-yZry)O3·xPbTiO3, представляющие интерес для созданиядиэлектрических антенн СВЧ диапазона; синтезированы монокристаллы твердых растворов(Pb1-xBax)5Ge3O11, являющиеся перспективными пироэлектрическими материалами. Результаты диссертационной работы представляют интерес для развития научных основ синтезаматериалов с заданными свойствами, а также в качестве справочного материала, которыйможет использоваться при разработке новых материалов электронной техники.Результаты работы используются в учебном процессе МИРЭА при чтении курсовлекций «Материалы активных диэлектриков» и «Физико-химические основы процессовмикро- и нанотехнологий».Основные положения, выносимые на защиту:1. Условия синтеза новых твердых растворов со структурой перовскита в тройной системе BaTiO3-BaZrO3-PbTiO3.2.

Схема фазовых соотношений в системе BaTiO3-BaZrO3-PbTiO3, определяющаяконцентрационные области образования перовскитных твердых растворов тетрагональной и кубической симметрии, а также область сосуществования твердых растворовразной симметрии.3. Данные о влиянии технологических факторов получения керамических образцов твердых растворов (1-x)Ba(Ti1-yZry)·xPbTiO3 (химического состава, режимов термообработки, поляризации и др.) на их диэлектрические свойства.4. Методика выращивания объемных монокристаллов сегнетоэлектрических твердых растворов (Pb1-xBax)5Ge3O11, данные о пределах образования таких твердых растворови влиянии степени замещения на их диэлектрические свойства.5.

Условия раствор-расплавной кристаллизации магнитоэлектрической фазыPb3Mn7O15 (состав питающего раствора, температура, время гомогенизации и скорость7охлаждения расплава и др.) в платиновых и стабилизированных иттрием оксидциркониевых тиглях, позволяющие получать монокристаллы размерами более 20 мм впоперечнике.Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивалась использованием различных взаимодополняющих друг друга современных методов исследований, предоставляющих согласующиеся между собой результаты; проведениеммногократных повторных измерений экспериментальных образцов, подтверждающихвоспроизводимость результатов; согласием полученных экспериментальных результатов с известными из литературы данными, а также теоретическими расчётами.Апробация работы.

Результаты работы докладывались и обсуждались на научныхконференциях и совещаниях, в том числе: Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы в научной работе и образовательной деятельности». 30 мая 2015г., Тамбов; II-й Международной молодежной научной конференции "Актуальные проблемыпьезоэлектрического приборостроения", посвященной 100-летию ЮФУ и 40-летию НКТБПьезоприбора, 6 – 10 сентября 2015 г., г. Ростов-на-Дону, ЮФУ; International Workshop“Phase Transitions and Inhomogeneous States in Oxides”, 22 - 25 June 2015, Kazan, Russia; первой и второй научно-технических конференциях Московского технологического университета (МИРЭА), 11 – 18 мая 2016 г.

и 15-20 мая 2017 года, МИРЭА; 21-й Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (ВКС – XXI), Казань, 25 –30 июня 2017.Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 8 печатных работах, включающих 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 заявку на патенти 3 прочие публикации в рецензируемых изданиях. Список публикаций приведен вконце автореферата.Личный вклад автора.

Определение направлений и задач исследований, проведение основных экспериментов по разработке технологий синтеза, получению керамических и монокристаллических образцов, их рентгенографическим, термогравиметрическим, диэлектрическим и пироэлектрическим исследованиям, по анализу и обобщению полученных результатов выполнены лично автором. Часть работы по детальному рентгеноструктурному и нейтроноструктурному анализу кристаллов Pb3Mn7O15,изучению их магнитных свойств выполнена под руководством в. н. с. С.А.

Иванова вНаучно-исследовательском физико-химическом институте имени Л.Я. Карпова и Уппсальском университете (Швеция); исследования мессбауэровских спектров выполне-8ны под руководством в. н. с. В.М. Черепанова в НИЦ «Курчатовский институт».Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов,раздела, в котором изложены основные результаты и выводы, а также списка цитированной литературы в количестве 178 наименований. Общий объем диссертации составляет145 страниц, включающих 49 рисунков и 4 таблицы.Основное содержание работыВо введении обосновывается актуальность темы и выбор объектов исследований,сформулированы основные цели и задачи работы, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, положения, выносимые на защиту, приведены сведения оличном вкладе автора, его публикациях по теме работы, ее апробации.В первом разделе дан обзор литературы по теме исследований, в котором рассмотрены литературные данные об особенностях структуры, свойств и применений сегнетоэлектрических и родственных веществ, при этом особое внимание уделено изучаемым в работе сегнетоэлектрическим и родственным фазам BaTiO3, BaZrO3, PbTiO3,Pb5Ge3O11, Pb3Mn7O15, анализируются особенности структуры и свойств сегнетоэлектриков-релаксоров, магнитоэлектрических веществ.Во втором разделе дано описание основных экспериментальных методов и оборудования, используемых при исследованиях в диссертационной работе.Синтез образцов проводили методом обычной керамической технологии, а также методом раствор-расплавной кристаллизации.

При этом использовали электропечьСНОЛ 12/16 с микропроцессорным регулятором температуры.Рентгеновский фазовый анализ (РФА) образцов и определение кристаллографических характеристик фаз проводили на автоматизированных дифрактометрах ДРОН -4и ДРОН-3 с использованием CuKα- или CoKα-излучения.Термогравиметрический анализ (ТГА) образцов выполняли на автоматизированном дериватографе Q 1500 D системы Паулик-Эрдеи.Изучение мессбауэровких спектров (МС) проводили в геометрии поглощения с помощью спектрометра MS-1104Em (НИИ Физики ЮФУ, г.

Ростов-на-Дону), работающего врежиме постоянного ускорения движения источника 57Co(Rh) активностью около 5 мКи.Изомерный сдвиг спектров определяли относительно центра спектра α-Fe. Обработку спектров проводили по методу наименьших квадратов для лоренцевской формы линии с приме-9нением программы DISTRI и программы SPECTR из пакета программ MSTools.Измерения температурных зависимостей диэлектрической проницаемости ε(T),тангенса угла диэлектрических потерь tgδ(T) и удельного электрического сопротивленияρ(T) образцов проведены в области T=100−900 K с помощью автоматизированного LCRизмерителя МТ-4090 фирмы Motech на частотах 0,1, 1, 10, 100 и 200 кГц и измерителя иммитанса Е7-20 на частотах 25 – 106 Гц при амплитуде измерительного напряжения 0,2 - 1 В.Использовали специальную измерительную ячейку, в которой осуществляли нагрев и охлаждение образцов со скоростью 5 −10 К/мин.Изучение токов термостимулированной деполяризации (ТТСД) и пироэлектрическихтоков (Ip) проводили в режиме короткого замыкания электрометром В7-30 при непрерывном изменении температуры образца со скоростью dT/dt =0,1–0,8 К/c в диапазоне 100 – 800К с использованием специальной вакуумированной измерительной ячейки.

В температурных областях, в которых преобладающий вклад в ТТСД вносит пироэлектрический ток, поформуле pσ= dPs/dT = Ip/[S(dT/dt)] (Ps – спонтанная поляризация, S – площадь электродов, d –расстояние между электродами) определяли пироэлектрический коэффициент. Пироэлектрическая природа измеряемого тока определялась при этом тем, что переход от режиманагрева к режиму охлаждения приводил к резкому изменению его знака.В третьем – пятом разделах приводятся и обсуждаются экспериментальные результаты по синтезу и изучению керамических и монокристаллических образцов систем (1x)Ba(Ti1-yZry)O3·xPbTiO3 (раздел 3), (Pb1-xBax)5Ge3O11 (раздел 4), Pb3Mn7O15 (раздел 5).3. Получение и электрофизические исследования керамических образцов твердыхрастворов (1-x)Ba(Ti1-yZry)O3·xPbTiO3 0 ≤ x, y ≤ 1Твердые растворы Ba(Ti1-уZrу)O3, 0≤y≤1 (BTZ) со структурой перовскита характеризуются высокими значениями диэлектрической проницаемости ε, низким фактором диэлектрических потерь tgδ, высокой диэлектрической нелинейностью, стойкостью к действиювысоких электрических напряжений [1 - 4], поэтому они находят применение при созданииконденсаторов и варикондов, динамической памяти с произвольным доступом, управляемыхэлектрическим полем СВЧ устройств (фазовращателей, фильтров, антенн и др.).

Варьируясостав BTZ можно в широких пределах изменять электрофизические характеристики твердых растворов, что дает возможность оптимизировать их для различных применений.Из-за близости точки Кюри Tc образцов BTZ к комнатной температуре они ха-10рактеризуются сравнительно высоким температурным коэффициентом диэлектрическойпроницаемости и низкой величиной спонтанной поляризации Ps, что является существенным недостатком для ряда применений. Поскольку изоструктурная титанату бария фазаPbTiO3 (PT) проявляет яркие сегнетоэлектрические свойства с высокой точкой Кюри Тс(490оС) [1], то можно было ожидать, что увеличение содержания PT в твердых растворах(1-x)BTZ·xPT будет повышать их Тс и Ps, улучшая термостабильность диэлектрическиххарактеристик.