Диссертация (1090962), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

3.3).Наблюдаемые резкие нарастания величин  и tg при T> 550 K с максимумами и перегибами, возможно, обусловлены ростом проводимости и релаксационными механизмами поляризации кислородных вакансий [126].а)P, мкКл/см28x=0,30-30б)P, мкКл/см2x=0,34 200030 -40-8 E, кВ/смг)x=0,42P, мкКл/см24020-200020-20 E, кВ/смв)0040-20 E, кВ/смP, мкКл/см30x=0,38-300030E, кВ/см-30д)е)P, мкКл/см230x=0,42-30200-3030E, кВ/смP, мкКл/см230x=0,46-400040-30 E, кВ/смРис. 3.8. Петли диэлектрического гистерезиса образцов (1-2x)BS·xPT·xPMNна частоте 50 Гц: х=0,30 - 1, 0,34 – 2, 0,38 – 3, 0,42 – 4, 0,46 – 5 (г – предварительно поляризованный образец, остальные - неполяризованнные образцы).3.4.

Исследования петель диэлектрического гистерезисаПетли диэлектрического гистерезиса образцов (рис. 3.8, 3.9) были измерены методом Сойера-Тауэра в электрическом поле частотой 50 Гц. Образцытетрагональных твердых растворов проявляют характерные для обычных сегнетоэлектриков насыщенные петли диэлектрического гистерезиса с остаточной83P, мкКл/см24405220 31-600-3003060E, кВ/см-20-40dP/dE10445315321-60-302110,1103060E, кВ/смРис. 3.9. Петли диэлектрического гистерезиса неполяризованных образцов (1-2x)BS·xPT·xPMN на частоте 50 Гц и производные поляризации по электрическому полю: х=0,30 - 1, 0,34 – 2, 0,38 – 3, 0,42 – 4, 0,46 - 5.поляризацией Pr, равной 25,0 – 28,0 мкКл/см2 и коэрцитивным полем Ec, равным10 - 17 кВ/см.

Твердые растворы ромбоэдрической симметрии с x=0,30 - 0,38имеют характерные для сегнетоэлектриков-релаксоров узкие, вытянутые петли сплохо выраженным насыщением, их амплитуды возрастают с ростом амплитудыполяризующего поля, для них Pr=3,5 – 11,5 мкКл/см2, Ec= 7,0 - 9,0 кВ/см.Петли гистерезиса предварительно поляризованных образцов с x = 0,42 имеют необычный униполярный вид, отличный от вида симметричных петель классических сегнетоэлектриков. Они существенно асимметричны в вертикальном направлении, остаточная поляризация в двух взаимно противоположных направленияхравна соответственно P(+)=40,0 мкКл/см2 и P(-)=4,0 мкКл/см2 (рис. 3.8г).Такого типа несимметричные петли гистерезиса наблюдались на сверхнизких частотах (4,4·10-5 Гц) на кристаллах сегнетоэлектрика-релаксора PMN [127]. Ихпроисхождение связывается авторами [127] с наличием в кристаллах случайных84внутренних локальных электрических полей Ei, возникающих в объеме релаксоравследствие флуктуаций состава и понижения локальной симметрии.

Поле Ei искажает форму зависимости локальной свободной энергии от поляризации F(P), котораястановится ассимметричной двухминимумной функцией. Одна часть образца можетнаходиться в метастабильном состоянии с мелким минимумом F, а другая – в стабильном с глубоким минимумом F. Эти две части определяют две составляющиеполяризации P1 и P2, при этом вторая часть, из-за высокого энергетического барьера,практически не принимает участия в процессе переполяризации.По вcей видимости, такое объяснение можно отнести и к нашему случаю, приэтом P1=22, а P2=18 мкКл/см2, P(+)= P1+P2=40,0 мкКл/см2, P(-)=P1–P2=4,0 мкКл/см2.3.5. Исследования пьезоэлектрических свойствС использованием метода измерения пьезозаряда при колеблющейся сжимающейся механической нагрузке было установлено, что поляризованные образцы тройных твердых растворов (1-2x)BSxPT·xPMN проявляют выраженный пьезоэлектрический эффект при этом были определены значения пьезомодулей d33.Пьезомодули d31, коэффициенты электромеханической связи планарной kp и толщинной kt мод колебаний, а также механическая добротность радиальной и толщинных мод колебаний (QMrad и QMt) были определены с применением метода резонанса-антирезонанса.

Зависимости величин пьезомодулей d33 и d31 исследуемыхобразцов от их состава представлены на рис. 3.7д.Образцы ромбоэдрических твердых растворов с высоким содержанием BS(x= 0,30 и 0,34) проявляют низкую пьезоэлектрическую активность. Величины ихмодулей d33 составляют примерно 10 пК/Н, величины модулей d31 определить неудалось. Пьезомодули d33 и d31 образцов со средним содержанием скандата висмута(x = 0,38) имеют величины порядка 50 пКл/Н. Образцы тетрагональных твердыхрастворов проявляют пьезоэлектрические свойства, сравнимые со свойствами образцов промышленных марок системы PZT. По мере приближения составов образцов к МФГ (x = 0,40) происходит значительное повышение пьезоэлектрических па-85раметров.

Лучший по пьезоэлектрическим свойствам состав c x = 0,42 имеет:d33=410·пКл/Н, |d31|=150 пКл/Н, kp=0,43, kt=0,48, Тm(f=0,1-200 кГц) = 390 - 420 К.Интересным и важным результатом проведенных исследований является обнаружение возможности получения вблизи МФГ системы (1-2x)BS·xPT·xPMN керамики с достаточно высокими пьезосвойствами при весьма низкой механическойдобротности радиальной моды колебаний QMrad = 22(1) и QMt = 28(4). Эти значенияв 2- 3 раза ниже, чем у высокоэффективных сегнетомягких широко используемых материалов системы ЦТС типа PZT-5A, PZT-5H (США, Великобритания) и отечественных ЦТС-19, ЦТС-36, ЦТС-46, НЦТС-1 [2, 12, 121]. Снижение механической добротности толщинных колебаний пьезоэлементов, используемых в УЗ-дефектоскопиии толщинометрии в медицинской УЗ- диагностической аппаратуре, звуковидении(гидроакустике) и т.п.

повышает разрешающую способность УЗ-аппаратуры.3.6. Изучение токов термостимулированной деполяризацииИзучение токов термостимулированной деполяризации (ТТСД) в режимекороткого замыкания образцов проведены с помощью электрометра В7-30 с использованием двух разных режимов предварительной поляризации: а) приложением к образцам в течение 10 минут постоянного электрического поля напряженностью 20 кВ/см при комнатной температуре; б) приложением к нагретым до 500 Кобразцам постоянного электрического поля 5 кВ/см и охлаждением их под полемдо комнатной температуры за ~1 час. Температурные зависимости ТТСД измерялив режиме нагрева образца с постоянной скоростью, равной ~0,2 град/с.ТТСД образца с х = 0,46 имеют заметные значения при T<Tm, с ростомтемпературы выше Tm они резко убывают до низких значений и при TmТТСД ≈TmТТСД имеют выраженный максимум (рис.

3.4е). Такое поведение характерно дляоднородных сегнетоэлектриков, в которых ниже Tm возникает результирующая отличная от нуля спонтанная поляризации, для этого образца Tm соответствует еготемпературе точки Кюри Tc, ниже Tm = Tc основной вклад в ТТСД вносит пироэлектрический эффект. Нормированный на площадь электродов и скорость нагрева86образца ТТСД соответствует пироэлектрическому коэффициенту образца.В образцах с x<0,46 высокие значения ТТСД и максимумы на их температурных зависимостях (рис. 3.4а-д) наблюдаются при температурах TmТТСД, лежащих заметно ниже Tm (на 60 К и ~80 К ниже Tm, определенной соответственнопри 0,1 и 200 кГц).

Такое поведение соответствует тому, что эти составы являютсясегнетоэлектриками- релаксорами. В отличие от обычных классических сегнетоэлектриков из-за флуктуаций состава у них имеются структурные разупорядочения, в результате чего фазовый переход в полярное состояние размыт в широкойобласти температур (области Кюри) [39 -42]. При охлаждении релаксора ниже такназываемой температуры Бёрнса параэлектрическая фаза переходит вначале в эргодическую релаксорную (ER) фазу, в которой макроскопическая структура представляет собой неполярную матрицу, содержащую более мелкие полярные области размерами 2 – 10 нм. Поляризация этих нанодоменов имеет динамический характер, т.е.

направление их дипольного момента может изменяться из-за теплового движения, порождая диэлектрическую релаксацию. Релаксация PNRs объясняет специфичные свойства релаксоров в ER состоянии, такие как наличие размытого и весьма высокого пика диэлектрической проницаемости на ее температурнойзависимости при Tm, проявление необычной диэлектрической дисперсии приT<Tm, плохо выраженное насыщение петель диэлектрического гистерезиса.При понижении температуры из-за возрастания взаимодействия между PNRsхарактерное время переориентации PNRs (а, следовательно, и характерное времядиэлектрической релаксации) увеличивается и, наконец, при некоторой температуре Тf становится бесконечно большим. Происходит замораживание динамикиPRNs, при Т < Тf они становятся статическими [39 - 42], т.е.

направления дипольных моментов отдельных PNRs случайным образом фиксируются в разных направлениях. Ниже Tf возникает неэргодическое релаксорноеNR стеклоподобное состояние. Так как направления PNRs в NR состоянии остаются случайными, макроскопическая симметрия NR остается неполярной. Обычно NR фаза может быть необратимо переведена в сегнетоэлектрическое состояние приложением достаточно87большого внешнего электрического поля. Переход из сегнетоэлектрического состояния в эргодическую релаксорную фазу проявляется в виде острого пика натемпературной зависимости ТТСД.В нашем случае наблюдаемые на поляризованных образцах пьезо- и пироэлектрические эффекты указывают на то, что образцы при поляризации перешли изрелаксорного в сегнетоэлектрическое состояние.

При нагреве таких поляризованных образцов в них происходит фазовый переход в релаксорное состояние, который проявляется в виде выраженных максимумов на температурных зависимостяхТТСД, а также дополнительного максимума на температурной зависимости (T).Для поляризованного образца с х=0,42 такие максимумы наблюдаются приTc=TТТСД=345 К.ТТСД образцов, поляризованных при 500 К, имеют более высокие значения,чем ТТСД образцов, поляризованных при комнатной температуре, максимумы натемпературных зависимостях ТТСД таких образцов, проявляются при более высоких температурах, для состава x = 0,38 они существенно уширены (рис. 3.4в).

Характеристики

Список файлов диссертации