Диссертация (1144348), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Одним из факторов, способствующим увеличениютемпература Кюри (или точка Кюри) ТС сегнетоэлектрических композитовявляется действие внутреннего поля, связанного с фиксацией поляризации в46сегнетоэлектрической фазе полями деформации, возникающими на границераздела фаз [141, 142]. Факторы, снижающие ТС, включают корреляционныеэффекты в месте контакта между сегнетоэлектрическим включением инеполярной фазой, а также деполяризующие поля, возникающие вблизиповерхности сегнетоэлектрических включений.
Влияние на точку Кюри всегнетоэлектрическихполярногокомпозитахвключенияскорреляционныхматрицей,механическихвзаимодействийнапряженийидеполяризующих полей связанных зарядов на границе сегнетоэлектрическихвключений теоретически оценивалось в работах [143-149]. Эффектыэкранирования поля приняты во внимание в работе [150].Авторывыполнили вычисления с помощью теории Ландау-Гинзбурга сдвигатемпературыКюридлясферическойсегнетоэлектрическойчастицы,находящейся в изотропной диэлектрической среде вследствие влияниядеполяризующих полей и эффекта экранирования поля заряда на границечастицы. Предполагается, что частицы находятся друг от друга надостаточно большом расстояния, соответственно эффекты взаимодействиячастиц друг с другом не рассматривались.
Вычисления показывают, чтовлияние деполяризующего поля приводит к уменьшению температуры Кюрипо сравнению с объемным материалом, согласно со следующим выражением:2Тс ∗= Тс − (1+2)агдеаа0 = Т ,а-коэффициент(1.3.1)0расширениятермодинамическогопотенциала в его разложении в ряд по поляризации.Наличие конечной проводимости в сегнетоэлектрических композитахприводит к экранированию деполяризующих полей. Эффект экранированиезависит от концентрации заряженных носителей, уменьшает поля связанныхносителей заряда на границе между сегнетоэлектрическим включением идиэлектрической матрицей, и, следовательно, приводит к уменьшениюсдвига точки Кюри в сегнетоэлектрических композитах.47Вычисления, проделанные в [150], дали следующее выражение длятемпературы Кюри:2 ΛТс ∗= Тс − а0ГдеС-константаΛ= − (1.3.2)Кюри-Вейса,R-радиуссферическойсегнетоэлектрической частицы, Λ-длина экранирования, ε-диэлектрическаяпроницаемость среды.Согласноуравнениюнеэкранированного(1.3.1)смещениедеполяризующегополяточкиКюриприблизительноиз-заравноотношению С/ε.
Таким образом, принимая во внимания типичные значенияконстанты Кюри-Вейсса C (например, в материалах с фазовым переходомвторого рода C составляет около 103), а диэлектрической проницаемости(которая составляет около 10 для диэлектрической матрицы), сдвиг точкиКюри принимает большие значения порядка сотен градусов. Эффектэкранирования уменьшает смещение точки Кюри и делает его величинуболееприближеннойкдействительности.Действительно,согласноуравнению (1.3.2) экранирование уменьшает сдвиг в соответствие сфактором,равнымотношениюсегнетоэлектрическогодлинывключения.Вэкранированиянормальныхкусловияхрадиусудлинаэкранирования = √/(4 2 ) (где T - абсолютная температура, n концентрация носителей, e - заряд электрона) составляет около 10-7 см, посуществу,порядкапостоянной элементарной ячейки.
Полагая размерсегнетоэлектрического включения равным R ~ 10-6 см, уменьшающий факторравен 0,1; таким образом, смещение точки Кюри становится равнымприблизительно десяти градусам.Приведеннаяоценкапопорядкувеличинысовпадаетсэкспериментально полученными значениями сдвига температуры Кюри,наблюдавшимся в сегнетоэлектрических композитах.Положение точки Кюри в реальных сегнетоэлектрических композитахопределяется влиянием нескольких факторов; поэтому трудно определить48влияниедеполяризующихполей.Опрокидывающеедействиедеполяризующего поля обычно накладывается на эффекты затягиваниявнутреннего поля какой-либо природы. Это смещает точку Кюри в областьвысоких температур. Следовательно, точка Кюри в сегнетоэлектрическихкомпозитах обычно сдвигается до высоких температур. Затягивающийэффект на положение точки Кюри определяется взаимодействием включенияс окружающей средой, которое обычно сильное.
Тем не менее, есть примеры,когда такое взаимодействие ослабляется, что позволяет наблюдать реальноевлияние деполяризующего поля.Примером такого материала может быть композит нанокристаллическойцеллюлозы с сегнетоэлектрическим нитритом натрия, для которого точкаКюри смещена на 40 градусов ниже по шкале температур по отношению кобъемному нитриту натрия [151].
Такое поведение композита обусловленотем, что взаимодействие сегнетоэлектрического включения с матрицейослабляется или полностью отсутствует. Причиной этого может бытьотсутствие водородных связей, обеспечивающих сильное взаимодействиематрицы с внедренным материалом (как в составе нанокристаллическойцеллюлозы с триглицинсульфатом).Другой демонстрацией влияния деполяризующих полей и влиянияэкранирующих эффектов является поведение композит на основе смеситриглицинсульфатаикремнезема[152].Измерениядиэлектрическойпроницаемости для только что приготовленных образцов этого композитадали значение температуры Кюри около 100 ° С. На это значение оказаловлияние множество факторов, включая внутреннее поле, которое затягиваетполяризацию в парафазе, подавляющий эффект деполяризующего поля икорреляционныеэффекты.Отметим,чтоэффектыэкранированияразвиваются довольно медленно и, следовательно, скорее всего, не входят вчисло влияющих факторов.
После 1000 часовой выдержки образца вкомнатных условиях (температура составляла около 300 К, давление 760 ммрт. ст. и относительная влажность тщательно контролировалась между 35 и4945%), температура Кюри в этом композите смещалась дальше в областьвысоких температур примерно на 35 К. Это увеличение может быть связано сэкранированием зарядов спонтаннойполяризациив месте контактасегнетоэлектрического материала с диэлектрическим включением, котороепроисходит в сегнетоэлектрической фазе во время старения образцов.Эффектыэкранированиянивелируютвлияниенеэкранированныхспонтанных поляризационных зарядов в свежеприготовленных образцах.Поэтому можно предположить, что смещение температуры фазовогоперехода под воздействием поля спонтанных поляризационных зарядовпредположительно равны тем же 35 К, но в сторону более низкихтемператур.Экспериментальнаяреализацияразмерныхэффектоввфизикенаноструктур основана на способности создавать новые типы структур иустройств.
В погоне за созданием ультрамалых структур развиваются методыизготовления нанокомпозитных материалов. Методы эпитаксиального ростаи латерального микроструктурирования позволили создать низкоразмерныеэлектронные системы с квантово-замкнутыми структурами, т.е. квантовыхям, квантовых проводов и квантовых точек.Существуют и другие способы приготовления таких диспергированныхвеществ, и один из них является внедрение материалов в искусственные илиприродные пористые матрицы. Введение веществ в поры различныхпористых матриц имеет некоторые преимущества по сравнению с другимиметодами:(1)Этотметоддаетвозможностьпроизводитьнаноструктурыконтролируемым характерным размером пор в широком диапазоне от ~ 1 до~ 300 нм.(2) Можно создавать наноструктуры с различной геометрией итопологией: трехмерные (3D) дендритные и регулярные структуры, 2Dпленочныеструктуры,одномерныеультрамалые наночастицы.50нанопроволкиилинульмерныеТехнология позволяет внедрять и формировать наночастицы различныхвеществ и соединений: металлы, сегнетоэлектрики, диэлектрики, изоляторы,полупроводники, сверхпроводники, магнитные материалы и т.
д.Технология изготовления подобных структур позволяет получить оченьбольшое количество (объемом до нескольких кубических сантиметров)материала (НКМ) (или материалов в ограниченной геометрии). Этопозволяетиспользоватьдляисследованиясвойствнекоторыеэкспериментальные методы, требующие большого количества исследуемоговещества (например, рассеяние нейтронов, измерения теплоемкости и т.
д.).В течение последних лет такие нанокомпозиты интенсивно изучались, ибыло показано, что уменьшение физических размеров от микроскопическогомасштаба до мезо- и наноскопических масштабов приводит к изменениюбольшого количества макроскопических физических свойств, таких кактемпература и тип фазовых переходов (ФП) [153-158], диэлектрическаяпроницаемость[159-161],подвижностьионов[162-164],жидкостей,протекающих в ограниченной геометрии [165] и т.
д. Свойства НКМ и, вчастности, различные типы фазовых переходов (сверхпроводящие [156-168],сверхтекучие [169, 170], плавление-отвердевание [169, 171-176] и другие ФП[156,159,177-185] в разных NCM были широко изучены калориметрическимиметодами [171, 173, 184], ЯМР [175, 185-186], ультразвуковыми [187] идиэлектрическими [159-161, 177] измерениями, с помощью рамановского[188, 189], рентгеновского [178, 180-182] и рассеяния нейтронов [156, 158,163, 179, 187-192], дифференциального термического анализа [193] и т.д.Былопоказано,чтовНКМмогутформироватьсялибосистемыизолированных частиц [158] или сети взаимосвязанных дендритныхкластеров [190, 191], а их физические свойства сильно отличаются оттаковых в соответствующих объемных образцах и сильно зависят отразличных характеристик пористых матриц и внедренных веществ, таких какразмери геометрияпор, смачивающаяспособность, поверхностноенатяжение, взаимодействие между NCM и поверхностью матрицы и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
