Диссертация (1090962), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Допированные различными атомами висмут-содержащие соединениясо слоистой перовскитоподобной структурой Bi3TiNbO9, Bi2CaNb2O9 иBi2,5Na0,5Nb2O9, относящиеся к сегнетоэлектрикам с рекордно высокой Tc8(Tc>1000 K).3. Твердые растворы (1-x)BiFeO3·xPbFe2/3W1/3O3 - BFO·xPFWO, 0≤x≤1 иPb(Fe1-xMnx)2/3W1/3O3, - P(F,M)WO, 0≤x≤0,8, составные компоненты которых являются сегнетомагнетиками с высокими температурами Кюри и Нейля(Tc=1123 K, TN=643 K - BFO, Tc=178 K, TN=363 К - PFWO, Tc=473 K, TN=203 K– PMWO).
Интерес к данным системам вызван возможностью создания на ихоснове высокотемпературной сегнетомагнитной пьезокерамики, а также использования ее в качестве составных компонент новых пьезоэлектрическихсистем.Научная новизна. В работе получен ряд новых научных результатов, основными из них являются:1. Определены условия синтеза высокоплотных керамических образцовтвердыхрастворовсоструктурой2x)BiScO3·xPbTiO3·xPbMg1/3Nb2/3O3–перовскитаBS·xPT·xPMN,всистемах0,30≤х≤0,46и(1(1-x)BiScO3·xPbTiO3·yMOz - BS·xPT·yMOz, M=Mn, Ni, Cr, 0,63≤x≤0,65, 0≤y≤0,02;уточнено положение морфортропной фазовой границы в системе BS·xPT·xPMN(х=0,40) между ромбоэдрическими и тетрагональными твердыми растворами.2.
Получены новые данные о влиянии добавок MnO2, Ni2O3, Cr2O3 наструктурные, диэлектрические, пьезо- и пироэлектрические характеристики образцов BS·xPT·yMOz, установлено, что введение в них ~0,5 масс.% добавок Mnили Cr понижает примерно на порядок диэлектрические потери образцов с сохранением высоких значений пьезомодуля (d33=400 пКл/Н) и точки Кюри(Tc~700 K). Выявлена электретная составляющая поляризации пьезокерамикиBS·xPT·yMOz, оказывающая существенное влияние на результирующие пьезоэлектрические свойства, их временную и температурную стабильность.3.
Выявлены и изучены сегнетоэлектрические-релаксорные свойства образцов BS·xPT xPMN с 0,30<х≤0,42, которые проявляются в наличии широкогомаксимума на температурной зависимости диэлектрической проницаемостипри Tm=385–440 К, положение которого смещается с частотой в сторону высо-9ких температур; узких ненасыщенных петель диэлектрического гистерезиса;индуцированного электрическим полем перехода в сегнетоэлектрическое состояние (при 320 К для Е=2,0 кВ/см, х=0,42) и обратного перехода при нагревекерамики (при Tc=345 К для х=0,42). Сделано заключение о том, что принадлежность BS·xPT·xPMN к сегнетоэлектрикам-релаксорам во многом определяетособенности их диэлектрических, пьезо- и пироэлектрических свойств.4.
Установлено, что пьезоэлектрические характеристики поляризованной керамики BS·xPT· xPMN возрастают при приближении ее состава к МФГх=0,40. Для состава x=0,42: d33=410 пКл/Н, |d31|=150 пКл/Н, kp=0,43, kt=0,48,Tm(f=0,1-200 кГц)=390-420 К. Этот же состав имеет весьма низкую механическую добротность QMrad=22(1), QMt=28(4), что делает его перспективным дляряда применений.5.
Определены условия синтеза методом горячего прессования высокоплотной высокотемпературной (Tc>1000 K) пьезокерамики на основе висмутсодержащихсоединенийсослоистойперовскитоподобнойструктуройBi3TiNbO9, Bi2CaNb2O9 и Bi2,5Na0,5Nb2O9 с добавками разных атомов (W, Ta,Mo, Sc, Nd, Ce, Li), получены данные о влиянии добавок на структурные, диэлектрические и пьезоэлектрические свойства этих соединений. Установлено,что образцы проявляют сегнетоэлектрические свойства с Tc, лежащей в области1060 – 1210 К, величина их пьезомодуля d33 составляет при комнатной температуре 11 - 18 пКл/Н и сохраняет свое значение вплоть до 900 К.6. Определены условия и концентрационные границы образования сегнетомагнитных твердых растворов со структурой перовскита в системах Pb(Fe1xMnx)2/3W1/3O3- 0≤x≤0,8 и (1-x)PbFe2/3W1/3O3·xBiFeO3 - 0≤x≤1.
Получены новыеданные о структурных, диэлектрических и магнитных характеристиках полученных твердых растворов, определены концентрационные зависимости ихсимметрии и размеров элементарной ячейки, электропроводности, характеристик сегнетоэлектрических-релаксорных свойств и мессбауэровских спектров.Практическая значимость работы.10Разработанные в диссертационной работе технологии получения новойпьезокерамики с высокими характеристиками и сегнетомагнитных компонентдля создания новых пьезоэлектрических систем имеют научную и практическую значимость, поскольку позволяют получать образцы пьезоэлектрическихфаз, необходимых для обеспечения фундаментальных научных исследований иразработок новых эффективных высокотемпературных пьезоматериалов.Совокупность экспериментальных данных, полученных при исследовании структуры, электрофизических и магнитных свойств синтезированных образцов, представляет интерес для раскрытия механизмов возникновения высоких пьезоэлектрических свойств, развития научных основ синтеза материалов сзаданными свойствами, а также в качестве справочного материала.
Эти данныемогут использоваться при разработке новых материалов электронной техники.Полученные и охарактеризованные в процессе выполнения работы образцы использовались при проведении фундаментальных научных и прикладныхисследований в ряде ведущих научных организаций страны: Физико- химическом институте им. Л.Я. Карпова, НИЦ "Курчатовский институт"; ОАО «НИИ«ЭЛПА», Южном федеральном университете, Институте общей физики им.А.М.
Прохорова РАН и др. Обеспечение этих исследований подходящими образцами позволило получить ряд новых приоритетных научных результатов.Результаты работы используются в учебном процессе МИРЭА при чтении курсов лекций «Материалы активных диэлектриков» и «Физическая химияматериалов и процессов электронной техники».Основные положения, выносимые на защиту:1. Условия синтеза высокоплотной пьезокерамики твердых растворов соструктурой перовскита (1-2x)BiScO3·xPbTiO3·xPbMg1/3Nb2/3O3 – BS·xPT·xPMN,0,30≤х≤0,46 и (1-x)BiScO3·xPbTiO3·yMOz - BS·xPT·yMOz, M=Mn, Ni, Cr,0,63≤x≤0,65, 0≤y<0,02; уточненные данные о положении морфотропной фазовой границы (МФГ) в системе BS·xPT·xPMN - х=0,40.2. Данные о влиянии добавок MnO2, Ni2O3, Cr2O3 на свойства пьезокера-11мики BS·xPT·yMOz, устанавливающие, что 1) добавки ~0,5 масс.% Mn или Crпонижают на порядок диэлектрические потери образцов с сохранением высоких значений их пьезомодуля (d33=400 пКл/Н) и точки Кюри (Tc~700 K); 2) возникновение в некоторых составах электретного вклада в поляризацию пьезокерамики, влияющего на пьезосвойства, их временную и температурную стабильность.3.
Заключение о принадлежности твердых растворов BS·xPT·xPMN с0,30<х≤0,42 к сегнетоэлектрикам-релаксорам, что во многом определяет особенности их диэлектрических, пьезо- и пироэлектрических свойств. Наличие вэтой системе индуцированного электрическим полем перехода из релаксорногов сегнетоэлектрическое состояние (при 320 К для Е=2,0 кВ/см, х=0,42) и обратного перехода (при Tc=345 К для х=0,42).4. Пьезоэлектрические характеристики керамики BS·xPT·xPMN возрастают при приближении ее состава к МФГ. Для состава x=0,42: d33=410 пКл/Н,|d31|=150 пКл/Н, kp=0,43, kt=0,48, Tm(f=0,1-200 кГц)=390-420 К. Этот же составимеет весьма низкую механическую добротность QMrad=22(1), QMt=28(4), чтоделает его перспективным для ряда применений.5. Условия синтеза методом горячего прессования высокоплотной высокотемпературной (Tc>1000 K) пьезокерамики на основе соединений со слоистойперовскитоподобной структурой Bi3TiNbO9, Bi2CaNb2O9 и Bi2,5Na0,5Nb2O9 с добавками разных атомов (W, Ta, Mo, Sc, Nd, Ce, Li).
Данные о влиянии добавокна свойства этих соединений, устанавливающие, что точка Кюри образцов сдобавками лежит в области 1060 – 1210 К, величина их пьезомодуля d33(296 К)составляет 11-18 пКл/Н и сохраняет свое значение вплоть до 900 К.6. Условия и концентрационные границы образования сегнетомагнитныхтвердых растворов со структурой перовскита в системах Pb(Fe1-xMnx)2/3W1/3O3 0≤x≤0,8 и (1-x)PbFe2/3 W1/3O3·xBiFeO3 - 0≤x≤1. Результаты структурных, диэлектрических и магнитных исследований полученных твердых растворов, определяющих концентрационные зависимости их симметрии и размеров элементар-12ной ячейки, электропроводности, характеристик мессбауэровских спектров исегнетоэлектрических-релаксорных свойств.Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивалась применением комплекса современных взаимодополняющих друг другаметодов исследований, дающих согласующиеся между собой результаты.
Достоверность полученных результатов подтверждается многократными измерениями экспериментальных образцов и повторяемостью результатов измеренийна нескольких образцах. Полученные экспериментальные результаты согласуются с теоретическими расчётами и данными, известными из литературы.Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались нанаучных конференциях, симпозиумах и совещаниях, в том числе: Межд. научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронногоприборостроения» (INTERMATIC - 2010). Москва. МИРЭА, 23– 27 ноября 2010г.; Межд.
научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения (INTERMATIC – 2012)». Москва. МГТУМИРЭА – ИРЭ РАН, 3 – 7 декабря 2012 г.; 62-й научно-технической конференции ФГБОУ ВПО «Московского государственного технического университетарадиотехники, электроники и автоматики. Москва. МГТУ МИРЭА, 13 - 27 мая2013 года; Межд. научно- технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC - 2014). Москва.МГТУ МИРЭА, 1 - 5 декабря 2014 г.; Int. Workshop “Phase Transitions and Ingomogeneous States in Oxides”.
Kazan, Russia, 22 - 25 June 2015; II-й Межд. молодежной научной конференции "Актуальные проблемы пьезоэлектрическогоприборостроения", г. Ростов-на-Дону. 6 – 10 сентября 2015 г.Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах, включающих 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ,и 8 прочих публикаций. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.Личный вклад автора.
Определение направлений и задач исследований,13проведение основных экспериментов по разработке технологий синтеза и получению керамических пьезоэлектрических образцов, их рентгенографическим,термогравиметрическим, диэлектрическим, пьезоэлектрическим и пироэлектрическим исследованиям, по анализу и обобщению полученных результатоввыполнены лично автором. Часть работ по получению пьезокерамики была выполнена в ОАО «НИИ «ЭЛПА» под руководством А.Г. Сегалла. Исследованиямессбауэровских спектров выполнены под руководством В.М. Черепанова вНИЦ «Курчатовский институт».Структура и объем работы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
