Диссертация (1144348), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Дифракция нейтронов и синхротронного (рентгеновского) излучения.2. Диэлектрическая спектроскопия.На защиту выносятся следующие основные положения:•Релаксационные процессы, связанные с поляризацией Максвелла-Вагнера, приводят к появлению дополнительного, не наблюдающегося вчистыхполикристаллическихобразцахNaNO2,максимуманатемпературной зависимости диэлектрической проницаемости в композитах7(1-x)NaNO2+(x)BaTiO3 при x=0,05 и x=0,1 вблизи Т~ 420 К на низкихчастотах 0.1-10 Гц при нагреве.•Расширениетемпературногосегнетоэлектрической фазы KNO3диапазонеконцентрацийдиапазонасуществованияв композитах (1-x)KNO3+(x)BaTiO3 в0.25<x<0.5подтвержденоструктурнымиисследованиями.•Аномалии температурных зависимостей коэффициентов тепловогорасширения в наночастицах NaNO2, внедренных в пористое стекла сосредним диаметром пор 20 и 46 нм, и существенное различие значений КТРдля наночастиц NaNO2 в параэлектрической фазе при нагреве и охлаждении.•Сосуществованиекубическойитетрагональнойфазвмультиферроидных твердых растворах (1-x)PbFe2/3W1/3O3+(x)PbTiO3 прих=0.2 и 0.3, соответствующих области морфотропной фазовой границы, вшироком температурном интервале вплоть до Т~90 К и присутствиеслучайныхстатическихсмещенийионовсвинцаизосновнойкристаллографической позиции (000) величиной порядка 0.16 А.Научная новизнаОсновные результаты экспериментальных исследований полученывпервые и заключаются в следующем:1.В результате анализа данных комплексного исследованиятемпературнойэволюцииструктурыидиэлектрическогооткликаустановлено, что аномалия диэлектрического отклика на низких частотах принагреве,наблюдаемаявсегнетоэлектрическихкомпозитах(1-x)NaNO2+(x)BaTiO3 составов x=0,05 и x=0,1, не связана с какими-либоструктурными переходами в компонентах композитов; механизм еевозникновения связан с релаксацией Максвелла-Вагнера.2.С помощью структурных исследований подтвержден фактстабилизации сегнетоэлектрической фазы KNO3 при температурах близких ккомнатной в сегнетоэлектрических композитах (1-x)KNO3+(x)BaTiO3 приконцентрациях 0.25<x<0.5.83.Обнаруженыаномалиитемпературногоповедениякоэффициентов теплового расширения NaNO2, внедренного в нанопористоестекло со средним диаметром пор 20 и 46 нм.4.Уточненаранееполученнаяиздиэлектрическихикалориметрических исследований фазовая диаграмма состав-температура длятвердых растоворов (1-x)PbFe2/3W1/3O3+(x)PbTiO3 вблизи морфотропнойфазовой границы.
Установлено существование широкой температурнойобласти, в которой твердые растворы находятся в смешанном двухфазномсостоянии.5.Установлено присутствие случайных статических смещенийионов свинца (порядка 0.16 А) из позиции (000) в твердых растворов (1x)PFW-(x)PT составов х=0.2 и 0.3.Научная и практическая значимость работы. Изложенные вдиссертации результаты расширяют представления о взаимосвязи структурыидиэлектрическихсвойстввнеоднородныхсегнетоэлектрическихматериалах, могут быть использованы при разработке новых композитныхматериалов,обладающихуникальнымифункциональнымихарактеристиками, для создания приборов микро- и наноэлектроники.Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе,определяется комплексным использованием различных экспериментальныхметодик, таких как дифракция нейтронов и синхротронного излучения,диэлектрическойспектроскопии,самосогласованностьюрезультатов,полученных различными методами, и использованием современных средстванализа экспериментальных данных.Личный вклад автора.Основныерезультатыполученыавтором,либоприегонепосредственном участии.
Автором были подготовлены к публикациистатьи и тезисы докладов на конференциях. В исследованиях, проведенных всоавторстве,авторпринималактивноеэкспериментов и обсуждении результатов.9участиевпланированииАпробация работы.Основные результаты диссертации докладывались на всероссийских имеждународных конференциях, в частности на International Workshop onRelaxor Ferroelectrics (IWRF-2013), 1-6 июля 2013, г. Санкт-Петербург,Россия, VI Международной научной конференции «Актуальные проблемыфизики твердого тела » ФТТ-2013, 15-18 октября 2013, г.
Минск, Беларусь,всероссийской конференции «Физика: фундаментальные и прикладныеисследования, образование» 23-27 сентября 2014 г, г. Благовещенск, Россия,International conference “Condensed matter research at the IBR-2”, 11.10.1515.10.15, г. Дубна, Россия,всероссийской конференции«Физика:фундаментальные и прикладные исследования, образование» 22-24 сентября2016, г. Хабаровск, Россия, международной молодежной конференцииФизикА.СПб,,01-03ноября2016,г.Санкт-Петербург,Россия,международной конференции "Science and Progress - 2016", 17-21 октября2016, г.
Санкт-Петербург, Россия, XIV Международной конференции пофизике диэлектриков (Диэлектрики-2017), 29 мая-02 июня 2017 г., СанктПетербург, Россия, XV региональной научной конференции" Физика:фундаментальные и прикладные исследования, образование ", 26 - 30сентября 2017, г.Благовещенск, Россия, 14-ом международном Российскояпонском симпозиуме по сегнетоэлектричеству, 14-18 мая 2018, г. СанктПетербург, Россия.Результаты диссертации отражены в следующих публикациях,входящих в перечень ВАК и международные базы данных SCOPUS и Web ofScience:1.Набережнов А.А., Алексеева О.А., Стукова Е.В., Борисов С.А.,СимкинВ.Г..ВлияниепримесиBaTiO3 на структуруNaNO2 в композите (0.9)NaNO2+(0.1)BaTiO3.
Журнал технической физики,2015, том 85, номер 12, стр. 156-1582.Алексеева О.А., Набережнов А.А., Стукова Е.В., Попков В.И. Влияниепримеси титаната бария на стабильность сегнетоэлектрической фазы нитрата10калия в композитах (1 – x)KNO3 + (x)BaTiO3. Научно-техническиеведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2015. № 3 (225), Стр. 24– 31.3.Набережнов А.А., Долгаков И. А., Товар М., Алексеева О.А., ВахрушевС.Б.
Анализ структуры высокотемпературной фазы мультиферроидныхтвердых растворов PFW-PT. НТВ СПбГПУ. Физико-математические науки.2016. Выпуск 3(248). Стр. 23-324.Алексеева О.А., Борисов С.А., Королева Е.Ю., Набережнов А.А.,СтуковаЕ.В.,СимкинВ.Г.,HoffmannJ.-U.Анализструктурыидиэлектрического отклика композитов (1-x)NaNO2+xBaTiO3 при x=0.05 и 0.1.Физика твердого тела Т.
59 №4 2017 – Стр. 730-7355.Долгаков И.А., Набережнов А.А., Алексеева О.А., Борисов С.А.,Симкин В.Г., Товар М. Температурная эволюция кристаллической структурымультиферроидных твердых растворов (1–x)Pb(Fe2/3W1/3O3)–(x)PbTiO3.Физика твердого тела, 2017, том 59, номер 10, стр. 1940-1944.6.Алексеева О. А., Набережнов А. А., Стукова Е.
В., Симкин В. Г.Стабилизациясегнетоэлектрическойфазынитратакалиявегосегнетоэлектрических композитах с титанатом бария // Научно-техническиеведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2017. №3.7.А. А. Набережнов, О. А. Алексеева, П. Ю. Ванина, Д. Ю. Чернышев, А.А. Сысоева, E. Rysiakiewicz-Pasek.
Температурные зависимости параметрапорядка в нанокомпозитах пористое стекло- нитрит натрия. Известия РАН.Серия Физическая, 2018, том 82, № 3, с. 279–282.Глава 1. Обзор литературы1.1 Общая информация о сегнетоэлектриках.Понятия пьезоэлектричества, пироэлектричества и сегнетоэлектричестватесно связаны между собой, более общим является класс пьезоэлектрическихматериалов.Происхождениеэффекта11пьезоэлектричествасвязаносасимметрией кристаллических структур.
Известно, что из 32 классовкристаллов 11 центросимметричны, что означает, что при приложении ктакомуматериалусимметричноравномерногораспределяетсямеханическоговокругцентранапряжениясимметриитак,зарядычтобыпроисходит полная компенсация относительных смещений [10]. С другойстороны, если кристалл нецентросимметричен, то при его деформациипроисходит смещение положительного и отрицательного зарядов и,следовательно, создание локального диполя, приводящего к появлениюдальнодействующей поляризации. Действительно, из остальных 21 классовкристаллов 20 электрически поляризуются при механических деформациях ипоэтому классифицируются как пьезоэлектрические.Среди 20 классов пьезоэлектрических кристаллов 10 имеют уникальнуюполярную ось, вдоль которой возникает спонтанной поляризации.
Такаяполяризация создает поверхностный заряд, который очень чувствителен кизменению температуры. Этот эффект называется пироэлектричеством [10].Сегнетоэлектрическиематериалыопределяютсякакполярныематериалы, которые обладают по меньшей мере двумя равновеснымиориентациями вектора спонтанной поляризации в отсутствие внешнегоэлектрического поля и в котором вектор спонтанной поляризации можетпереключаться между этими ориентациями электрическим полем [11].Сегнетоэлектрические материалы также являются пьезоэлектрическими ипироэлектрическими.
В структурах перовскита спонтанная поляризацияобусловлена дальним упорядочением диполей элементарных ячеек, которыегенерируются смещением центров положительных и отрицательных зарядов.В принципе, эти ориентационные состояния можно различать только приприложении внешнего поля. На рисунке 1.1.1 показана вышеупомянутаявзаимосвязь между классами пьезоэлектрических, пироэлектрических исегнетоэлектрических материалов.32 точечныегруппы симметрии1211 центросимметричные(не пьезоэлектрики)21 нецентросимметричные20 групп пьезоэлектриковПоляризуются придеформациях10 групп пироэлектриковСпонтанная поляризацияПодкласс сегнетоэлектриковСпонтанная поляризацияПереключение поляризациивнешним электрическим полемРис. 1.1.1 Взаимосвязь между классами пьезоэлектрических, пироэлектрических исегнетоэлектрических материалов.С термодинамической точки зрения, в модели Ландау-ГинзбургаДевоншира, свободная энергия системы определяется макроскопическимипеременными, такими как: поляризация, деформация, температура и внешнееэлектрическоеполе.Еслиэнергиясвободногонеполяризованногонедеформированного кристалла равна нулю, свободная энергия кристалла наединицу объема может быть выражена как: = + (1.1.1)Где111246 = 0 ( − 0 )2 + 4 + 6 + ⋯ − ∙ (1.1.2)1 = 2 + 2 + ⋯ − ∙ (1.1.3)213соответствуют свободной энергии, связанной с поляризацией и деформацией,соответственно.
Здесь P - поляризация, η- компоненты тензора деформации,E - внешнее электрическое поле, σ внешние механические напряжения.Значения коэффициентов в разложения определяются экспериментально.Для практических целей в выражениях (1.1.2-1.1.3) обычно отбрасываютсячлены шестого и более порядков, и только четные члены включаются изсоображений симметрии кристалла. Отметим, что выражения записаны дляодномерного случая, но основные принципы могут быть применены и ктрехмерным случаям.Фазовые переходы второго рода, петли гистерезиса.Остановимся сначала на FP и рассмотрим случай, когда коэффициент bположителен.
При таком условии в окрестности температуры фазовогоперехода (ФП) T = T0 зависимость свободной энергии от поляризациисистемы принимает вид кривой с двумя локальными минимумами(двухъямный), что означает, что в состоянии равновесия система имеетотличную нуля спонтанную поляризацию (рис. 1.1.2).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
