Диссертация (Получение, физико-химические и электрофизические исследования однофазных и композитных магнитоэлектриков), страница 14

Температура исследуемого образца в ходе измерений устанавливалась и измерялась с помощьюстабилизатора температуры PTC-2 фирмы «Oxford Instruments».2.10. Исследование магнитоэлектрического эффектаИсследование МЭ-эффекта в образцах проводили методом низкочастотной модуляции магнитного поля. Блок-схема измерительной установки показанана рис. 2.8. Используемая установка содержала электромагнит с блоком питанияБ5-9, цифровой амперметр Щ4313, служивший для контроля тока через электромагнит, модулирующие катушки, низкочастотный генератор Г3-117, напряжениес которого подавалось на модулирующие катушки, и измерительную цепь, которая включала в себя широкополосный усилитель У2-8 и осциллограф С1-70.Исследуемый образец закреплялся на специальном держателе, которыйпомещался внутрь алюминиевой трубки, диаметром 16 мм. Трубка одновременно служила экраном от электромагнитных наводок.

Образец помещали между полюсами электромагнита, создающим однородное постоянное магнитноеполе смещения H. Величина этого поля могла изменяться в пределах от нуля до4 кЭ при изменении величины тока, пропускаемого через электромагнит. Одновременно с помощью модулирующих катушек к образцу прикладывали переменное магнитное поле того же направления h(f) = hocos(2πft) с амплитудой ho =0 - 1 мТл и частотой f = 0,02−200 кГц. С помощью усилителя У2-8 и осциллографа с входным сопротивлением более 1 МОм регистрировали переменное напряжение U cos(2πft+), генерируемое посредством МЭ эффекта на электродахисследуемого образца.

Изменение частоты модулирующего поля позволяло определять частотные зависимости МЭ эффекта.79Рисунок 2.8. Блок-схема экспериментальной установки для изучения МЭэффекта. Параметры установки: H=0 – 4000 Э, ho = 0 – 10 Э, f = 20 Гц 100 кГц, UMEmin ~ 10 мкВ,  = 0 – 360o.Конструкция экспериментальной установки позволяет независимо изменять ориентацию и постоянного H и переменного модулирующего h магнитного поля относительно нормали к плоскости изучаемого образца.Методика измерений МЭ эффекта заключалась в следующем: к закреплённому на держателе образцу прикладывалось постоянное и переменное магнитные поля, имеющие одинаковое направление.

Переменные деформации магнитострикционных слоёв в присутствии магнитного поля передавались через механическое сцепление пьезоэлектрическим слоям, в которых возникала электрическая поляризация, вызывающая появление на электродах образца электрического напряжения. Таким образом, снимаемое с электродов образца напряжениеUME является переменным и совпадает по частоте с переменным магнитным полем, создаваемым модулирующими катушками. Это напряжение UME поступалона вход усилителя У2-8 с полосой пропускания от 20 Гц до 200 кГц и входнымсопротивлением более 1 МОм, который обеспечивал усиление сигнала. С выходаусилителя сигнал подавался на осциллограф С1-70. Величина МЭ коэффициентаE определялась по результатам измерений с использованием формулы:80E= U0/(ho∙d),(2.12)где U0 – амплитуда МЭ сигнала, ho – амплитуда модулирующего магнитногополя, d – толщина изучаемого образца.Описанная экспериментальная измерительная установка позволяла проводить измерения характеристик магнитоэлектрического эффекта образцов вдиапазоне постоянных магнитных полей H=0-4 кЭ в модулирующем поле амплитудой ho до 10 Э и частотой f = 20 Гц – 200 кГц.2.11.

Изучение мëссбауэровских спектровИзучение мëссбауэровских спектров (МС) выполняли в геометрии поглощения в области 54 - 600 К с помощью стандартного спектрометра MS 1104 em(разработка НИИ Физики ЮФУ, Ростов-на-Дону), работающего в режиме постоянного ускорения движения источника 57Co(Rh) активностью около 5 мКи. Обработка спектров проводилась с помощью программ SPECTR и DISTRI, описанных в [124], по методу наименьших квадратов для лоренцевской формы линии.Определение изомерных сдвигов (IS) спектров проводилось относительно центраспектра эталона -Fe; квадрупольные расщепления (QS) находились как половина расстояний между линиями дублета; ширина линии (LW) определялась в лоренцевом приближении.

Мёссбауэровские исследования проводили в НИЦ«Курчатовский институт» под руководством В.М. Черепанова.2.12. Микроскопические исследованияМикроскопические исследования образцов проводили с помощью оптических микроскопов в проходящем и отражённом свете. Использовались стереоскопические микроскопы МБС-9 и OPTON–DV-4 (ФРГ), поляризационныймикроскоп «ПОЛАМ Л-213М», металлографический поляризационный микроскоп ММР-2Р.

Результаты обследования использовались для определенияориентации кристаллографических осей в кристаллах, для выявления полисинтетического двойникования кристаллов и определения его особенностей.81Глава 3. ПОЛУЧЕНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ НОВЫХ ТВЁРДЫХРАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ СЕГНЕТОМАГНИТНЫХ ФАЗ3.1. Получение, рентгенографические, диэлектрические и мёссбауэровскиеисследования керамических образцов системы Co1-xNixCr2O43.1.1. Получение образцов и их рентгенофазовый анализОбразцы Co1-xNixCr2O4 c 0 ≤ x ≤ 1 синтезированы по обычной керамической технологии путём проведения твёрдофазных реакций. Первый отжиг гомогенизированных смесей оксидов [(1-x)/3]Co3O4∙xNiO∙Cr2O3 проведен в течение 3 часов при 1400оС. Второй отжиг спрессованных в цилиндрические таблетки образцов проведен при 1550оС в течение 2 часов. Были получены керамические образцы чёрного цвета в виде таблеток диаметром 10 мм и толщиной2 - 3 мм, плотность керамики составляла 65 % от рентгеновской.

Для изученияэлектрофизических свойств на базисные поверхности таблеток были нанесеныэлектроды путём вжигания серебряной пасты при 400 - 500оС.Установлена однофазность образцов (Co1-xNix)Cr2O4 с 0 ≤ x ≤ 0,98 и 0,99≤ x ≤ 1, для которых все рефлексы рентгенограмм порошков индицируются наоснове соответственно кубической или тетрагональной элементарной ячейки сaC = 8,32 Ǻ и aT = 5,834(2) Ǻ, cT = 8,420(2) Ǻ (размеры псевдокубической элементарной ячейки равны: apC = aT·21/2 = 8,250(3) Ǻ, cpC = cT, aV = (2aT2·cT)1/3 =8,312(2) Ǻ) (рис.

3.1). Определённые симметрия и размеры элементарнойячейки (Co1-xNix)Cr2O4 с 0 ≤ x ≤ 0,98 и 0,99 ≤ x ≤ 1 (рис. 3.2) согласуются соответственно с литературными данными по CoCr2O4 и NiCr2O4 [117].На дериватограммах порошков керамики CoCr2O4 и NiCr2O4, снятых вдиапазоне температур 25 – 1350оС (рис. 3.3), выраженных особенностей, соответствующих фазовым переходам, не наблюдается.

Изменения массы образцов с ростом их температуры до 1300оС не превышают 0,2 %.82Рисунок 3.1. Дифрактограммы образцов (Co1-xNix)Cr2O4 (x = 0, 0,90 и 1,0)с добавлением в них порошка кристаллов Ge в качестве внутреннего эталона (CuK- излучение).aС, aT2 , cT, aV, A8,338,328,318,300,01/2aC, aV, Aoo8,34-1-40,20,40,6X0,81,0C+T8,408,24aVaC8,328,28TC8,36-3-2- 4-10,96cTaT20,98x1/21,00Рисунок 3.2.

Концентрационные зависимости размеров кубическойaC и тетрагональной aT, cT ( apC = aT21/2, aV = (2aT2cT)1/3) элементарнойячейки твёрдых растворов (Co1-xNix)Cr2O4: 1 – aC, 2 – aT21/2, 3 – cT, 4 – aV.20100-40-80-10-20NiCr2O40CoCr2O4T (ДТА)T (ДТА)8301000020000050001000015000050001000015000050001000015000t, сек678m, мг785,4785,0m, мг786677784783,801000020000160012001200800800T,oCoT, Co1310 C6764004000001000020000t, сека)б)Рисунок 3.3.

Дериватограммы порошков керамики CoCr2O4 – а) и NiCr2O4 – б).3.1.2. Диэлектрические исследованияНа полученных керамических образцах изучены температурные зависимости (T), tg(T) и (T) в области температур 100 – 350 К и частот 0,1 – 200 кГц.CoCr2O4 является хорошим диэлектриком, его и tg имеют весьманизкие значения (соответственно 3,2 и 0,05 при 300 К на частоте 10 кГц).Рост содержания Ni в образцах вызывает значительное увеличение tg, 1/ и (рис. 3.4 – 3.6). Значения этих параметров для NiCr2O4 превосходят соответствующие значения для CoCr2O4 на 3 – 4 порядка.На температурных зависимостях (T), tg(T) и (T) образцов с 0,2 ≤ x ≤0,6 наблюдаются максимумы в области T1 ≈ 220 K, T2 ≈ 240 K (рис.

3.4 б). По-84100200-110-210x = 0,223310020010030012 3-210420010300200810100200а)T, K101012345810610100200300T, Kб), Ом см , Ом см, Ом см91012345300010101010300111010210100121045200300123 455-410031010-4245101011000-3x=110001102345300123453tg3020tg41tgx=0765-21001110910710512342003005100200в)300T, KРисунок 3.4. Температурные зависимости , tg и  для образцов (Co1-xNix)Cr2O4 с x = 0 (а), 0,20 (б) и 1 (в), измеренные на частотах 0,1(кривые 1), 1 (2), 10 (3), 100 (4) и 200 (5) кГц.скольку положение этих максимумов не зависит от частоты измерительногополя, то, по всей видимости, они вызваны происходящими в образцах фазовыми переходами. Наиболее чётко эти фазовые переходы проявляются для состава с x = 0,20.

С увеличением в образцах содержания Ni в области x > 0,2 максимумы во всё большей степени маскируются ростом проводимости образцов.Понижение содержания Ni в области x < 0,2 вызывает деградацию рассматриваемых диэлектрических аномалий, тем не менее, на образцах CoCr2O4 при T ≈220 K также проявляются слабо выраженные максимумы (рис.