Автореферат (1090961), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Использовали специальную измерительную ячейку, в которой осуществляли нагрев и охлаждение образцов со скоростью 5 −10 К/мин.Пьезоэлектрический эффект и значения продольных пьезоимодулей d33 в образцах определяли методом колеблющейся механической нагрузки, основанном на измерении амплитуды переменного электрического напряжения, возникающего между электродами образца при воздействии на него переменного механического напряжения, создаваемого колеблющимися грузами.
Механическая нагрузка определялась при этом из ре-11зультатов аналогичных измерений на образцах x-среза кристалла кварца, пьезомодулькоторого известен и равен d′33e=d11(α-SiO2)=2,3 пКл/Н.Пьезомодули d31, коэффициенты электромеханической связи планарной kp и толщинной kt мод колебаний, а также механическая добротность радиальной и толщиной модколебаний QMrad и QMt были определены с применением метода резонанса-антирезонанса.Температурные зависимости термостимулированных токов (ТСТ), являющихся дляполяризованных образцов токами термостимулированной деполяризации (ТТСД), изучалив режиме короткого замыкания электрометром В7-30.
Измерения проводили 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.Пироэлектрический эффект изучали квазистатическим методом в условиях выполнимости неравенства t>> RgCg, где t - время, Cg и Rg – эквивалентные емкость и сопротивлениеизмерительной цепи с образцом. Пироэлектрический коэффициент определяли по формулеpσ= dPs/dT = Ip/[S(dT/dt)], Ps – спонтанная поляризация, Ip – пироэлектрический ток. Пироэлектрическая природа измеряемого тока определялась тем, что переход от режиманагрева к режиму охлаждения приводил к резкому изменению его знака.В третьем – седьмом разделах приводятся и обсуждаются полученные в работеэкспериментальные результаты по синтезу и изучению керамических образцов системBS·xPT·xPMN, 0,30≤x≤0,46 (раздел 3), BS·xPЕ·yMOz, M=Mn, Ni, Cr, x~0,64, 0≤y<0,02(раздел 4), Bi3TiNbO9, Bi2CaNb2O9 и Bi2,5Na0,5Nb2O9 с добавками разных атомов (раздел 5), Pb(Fe1-xMnx)2/3W1/3O3 (раздел 6) и (1-x)PbFe2/3W1/3O3·xBiFeO3 (раздел 7).3.
Получение и электрофизические исследования керамических образцов твердыхрастворов (1-2x)BiScO3·xPbTiO3 xPbMg1/3Nb2/3O3, 0,30≤x≤0,46Керамика твердых растворов (1-x)BiScO3·xPbTiO3 (BS·xPT) со структурой перовскита, составов близких к морфотропной фазовой границе (МФГ) между их тетрагональной иромбоэдрической формами (х=0,64), характеризуется пьезомодулями d33~400 пКл/Н, сопоставимыми по величине с пьезомодулями широко используемой пьезокерамики ЦТС [1 - 5].Температура Кюри керамики BS·xPT (Tc~450oC) превышает Tc ЦТС на ~100оC, что позволяет повысить температурный диапазон ее использования, поэтому ведутся исследования влияния добавок различных атомов и компонент на свойства керамики BS·xPT. В этой связинами проведена работа по получению и изучению пьезокерамики систем (1-1210000а) x=0,42150004,065c01014,0440060012345400600400T, K 600tga, c, Ao345 KR10-1T10-3a4,000,300,350,40 x 0,45p, пКл/(см2*К)4,02Рис.
1.800740060Рис. 2.Рис. 1. Зависимость размеров a и c элементарной ячейки (1-2x)BS∙xPT∙xPMN от состава.Рис. 2. Температурные зависимости ε, tgδ и нормированных на площадь электродов искорость нагрева ТТСД образцов BS∙xPT∙xPMN с х=0,42 (поляризованный образец) и0,46: измерения и tg выполнены на частотах f=0,1 – кривые 1, 1 - 2, 10 – 3, 100 –4 и 200 кГц – 5; измерения ТТСД проведены на образцах, поляризованных при комнатной температуре – 6 и при 500 К – 7.2x)BS·xPT·xPbMg1/3Nb2/3O3 и BS·xPT yMOz, M=Mn, Ni, Cr составов, лежащих вблизи МФГ.Синтез образцов.
Выполнены физико-химические исследования по определению иоптимизации условий твердофазного синтеза твердых растворов со структурой перовскита врассматриваемой системе, по уточнению положения МФГ в системе BS-PT-PMN.Методом обычной керамической технологии были синтезированы керамическиеобразцы тройной системы (1-2x)BiScO3·xPbTiO3·xPbMg1/3Nb2/3O3, составы которых x = 0,30 0,46 лежат на сечении BS-0,5PT·0,5PMN вблизи МФГ между ромбоэдрической и тетрагональной формами твердых растворов.
Синтез гомогенизированных смесей соответствующихоксидов проведен при 780°С в течение 6 ч в воздушной атмосфере. Сформованные цилиндрические заготовки спекали в PbO-ZrO2 засыпке, содержащей 30 масс.% PbO, при 1200°С втечение 4 ч. Распиливанием и шлифованием спеченных заготовок были получены таблеткиразмерами 0,5хØ10 мм, их плотность составляла >95% от рентгеновской.
На базисные поверхности таблеток путем вжигания серебросодержащей пасты были нанесены электродыдиаметром 9 мм. Поляризацию образцов проводили при 100°С с выдержкой 15 минут подэлектрическим полем 2,5 кВ/см и охлаждением под этим полем до 50 - 60°С.133302400 1340,37BiScO3*0,63PbTiO3*yMnO23002703001000055000tgy 0,020,000,01400 0,3625BiScO3*0,6375PbTiO3*yNiO1,560400d33 ,пКл/НTmx, Kd33, пКл/Н0.37BiScO3-0.63PbTiO3+ yCr2O33002004000,0000,0040,00870,18300300d3i, пКл/Н0,0910210101400200Ec, кВ/см100Pr, мкКл/см22000,30110.36BiScO3-0.64PbTiO3+ yCr2O30,000 0,005 0,010 y 0,015xBiScO3*(1-x)PbTiO32000,0000,0040,008400300122000.365BiScO3-0.635PbTiO3+yCr2O32000,350,40 x 0,45Рис.
3.0,350,0000,36 x 0,370,004y(Cr2O3)0,008Рис. 4.Рис. 3. Концентрационные зависимости в системе (1-2x)BS·xPT·xPMN: Tm для f=0,1 - 1 и200 кГц - 2, Tmtg(200 кГц) – 3, TmTTСД (поляризация при 296 К) - 4; (100 кГц) при Tm - 5 и 296 К –6, tg(100 кГц) при Tmtg - 7 и 296 К – 8, d33 – 9, |d31| – 10, Pr, - 11 и Ec – 12.Рис. 4. Концентрационные зависимости пьезоэлектрического модуля d33 для систем: а)(1−x)BS∙xPT, 0,37BS∙0,63PT yMnO2 и 0,3625BS 0,6375PT∙yNiO1,5; б) (1-x)BS·xPT·yCr2O3, измерения при 296 К на частоте 930 Гц.Рентгеновский фазовый анализ (РФА) образцов показал, что они практическиоднофазны и состоят из твердых растворов со структурой перовскита.
Возрастание содержания компоненты BS в системе (1-2x)BiScO3·xPbTiO3·xPbMg1/3Nb2/3O3 вызывает приx=0,40 изменение симметрии от ромбоэдрической до тетрагональной (рис. 1).Диэлектрические исследования. В области температур 100 – 800 К и частот0,1-200 кГц изучены температурно-частотные зависимости диэлектрических проницаемости и потерь tg твердых растворов.
Найдено, что на зависимостях (T) при Tm в области 385–440 К наблюдаются выраженные максимумы, которым соответствуют максимумы зависимости tg(T) при Tmtg, лежащие ниже Tm на ~60 K и 20–40 К для ромбоэдрических и тетрагональных составов соответственно (рис. 2, 3). Концентрационные зависимостиTm, Tmtg и соответствующих им величин (m), tg (tgm) представлены на рис. 3.С ростом в образцах содержания BS в поведении этих максимумов возникаюти усиливаются особенности, характерные для сегнетоэлектриков-релаксоров [6]: уширение максимума (T) и смещение его положения Tm в сторону высоких температур с14ростом частоты, проявление при T<Tm, выраженной диэлектрической дисперсии. Смещение Tm при увеличении частоты от 0,1 до 200 кГц составляет для ромбоэдрических составов~26 K, ширина пиков на зависимости (T) при этом равна ~150 K.
При повышении x от 0,42до 0,46 смещение Tm с частотой снижается от 18 до 4 К, при этом ширина пика на зависимости (T) уменьшается от 110 до 70 К, что свидетельствует о существенном ослаблении приэтих концентрациях сегнетоэлектрических-релаксорных свойств.На низкотемпературном склоне максимума (T) при Tm поляризованных образцовс х=0,42наблюдается второй максимум при Tc=345 К, положение которого не зависит отчастоты (рис. 2). Этот максимум связывается с фазовым переходом из индуцированногопри поляризации образца сегнетоэлектрического состояния в релаксорное состояние.Петли диэлектрического гистерезиса изучены методом Сойера- Тауэра на частоте 50 Гц. Образцы тетрагональных твердых растворов c x=0,46-0,42 проявляют характерныедля сегнетоэлектриков петли гистерезиса с остаточной поляризацией Pr=25-28 мкКл/см2 икоэрцитивным полем Ec, равным 10 - 17 кВ/см.
Ромбоэдрические твердые растворы c x=0,300,38 имеют характерные для сегнетоэлектриков-релаксоров узкие петли с плохо выраженным насыщением, для них Pr=3,5 – 11,5 мкКл/см2, Ec=7,0 - 9,0 кВ/см.Петли гистерезиса поляризованных образцов с х=0,42 существенно асимметричны ввертикальном направлении, Pr в двух взаимно противоположных направлениях равна P(+)=40и P(-)=4 мкКл/см2. Униполярный вид петель может быть объяснен наличием в релаксорах локальных неоднородностей состава и структуры, приводящих к тому, что зависимость свободной энергии от поляризации имеет много минимумов, разделенных энергетическими барьерами разной высоты [6, 7].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
