Спросить
Войти
Вестник АмГУ
Выпуск 87; 2019
УДК 537.226
A.B. Павлов, Е.В. Стукова, И.А. Голубева, О.В. Зотова
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ИОДАТА АММОНИЯ И ТИТАНАТА БАРИЯ
Приведены результаты исследований диэлектрических свойств сегнето-электрического композита (NH4IO3) 1_х/(ВаТЮ3)х х с объемной долей частиц титаната бария в композите х = 0,1, 0,2. Показано, что добавка частиц титаната бария к иодату аммония приводит к повышению температуры фазового перехода в иодате аммония на 17°, увеличению температурного гистерезиса и повышению значений диэлектрической проницаемости с увеличением в композите объемной доли включений частиц титаната свинца.
Актуальность исследования свойств сегнетоэлектриков обусловлена прежде всего тем, что в настоящее время сегнетоэлектрические материалы находят все более широкое практическое применение в различных областях техники (нелинейные конденсаторы большой емкости, высокоэффективные приемники и преобразователи электромагнитного излучения в видимой и инфракрасной частях спектра, пьезоэлектрические преобразователи, энергонезависимые элементы памяти, сенсоры и др.).
Композиты на основе сегнетоэлектриков могут иметь самую различную структуру: полярные частицы в слабо поляризуемой матрице, полярные частицы в сильно поляризуемой матрице, полярные частицы в полярной матрице и т.д. Электрические взаимодействия между отдельными частицами твердого тела имеют в физике сегнетоэлектриков существенное значение [1-4].
В данной работе исследуются изменения диэлектрических свойств сегнетоэлектрического композита (КН4Юз)1_х/(ВаТЮз)х в зависимости от объемной доли включений частиц титаната бария.
Иодат аммония NH4IO3 представляет собой бесцветные кристаллы соли аммония и йодноватой кислоты, растворимые в воде. В 1976 г. были открыты его сегнетоэлектрические свойства [5]. При температуре выше 393 К иодат аммония находится в кубической а-фазе. Ниже этой температуры происходит переход в орторомбическую пьезоэлектрическую ß-фазу {Рс2\\п). При понижении температуры до 358 К происходит переход в сегнетоэлектрическую у-фазу (Рттоже орторомбическую. При комнатной температуре модуль вектора спонтанной поляризации иодата аммония Ps ~ 1,8мкКл/см2. Фазовый переход является переходом первого рода с аномалиями диэлектрических, пьезоэлектрических и упругих констант.
В кристаллах титаната бария наблюдаются три фазовых перехода, относящихся к переходам типа смещения. При температурах выше 393 К ВаТЮ3 имеет кубическую кристаллическую структуру типа перовскита. Такая параэлектрическая модификация относится к пространственной группе РтЪт. Ниже температуры 393 К (температуры Кюри) происходит фазовый переход, и до температуры 278 К ВаТЮ3 является сегнетоэлектриком, имеющим тетрагональную симметрию класса РАтт. При искажении формы ячейки скачком возникает спонтанная поляризация, величина которой плавно нарастает от 18 мКл/см2 вблизи точки Кюри до примерно 26 мкКл/см2 при комнатной температуре. ВаТЮ3 имеет несколько равноправных направлений поляризации и является многоосным сегнетоэлектриком. При всех переходах имеет место температурный гистерезис, т.е. температура перехода зависит от того, охлаждается или нагревается кристалл [6].
Выпуск 87, 2019
Вестник АмГУ
Для проведения исследований использовались прессованные образцы КНДОз с добавкой ВаТЮ3 в соотношении 10, 20 объемных долей. Образцы получались при тщательном перемешивании порошков и прессовались при давлении 7000 кг/см2, имели форму таблеток диаметром 12 мм и толщиной 1-2 мм.
Для измерения комплексной диэлектрической проницаемости применялся широкополосный диэлектрический спектрометр >1оуосоп1:го1 ВБ8-80 с диапазоном частот от ОД Гц до 10 МГц. В качестве электродов использовалась серебряная паста. Исследования проводились в температурном интервале от 300 до 440 К, в автоматическом режиме со скоростью нагрева 1 К/мин. Точность определения температуры составляла ОД К. Погрешность измерения диэлектрической проницаемости исследуемых образцов не превышала 5%.
Температурные зависимости диэлектрической проницаемости для чистого поликристаллического иодата аммония на разных частотах исследованы в работе [7]. Проведенные исследования показали наличие низкочастотной дисперсии (рис. 1).
Рис. 1. Температурные зависимости диэлектрической проницаемости чистого КН4Ю3 на разных частотах, кГц: 1 (кривая 7), 100 (2), 1000 (3); получены при нагреве (затушеванные символы) и охлаждении (пустые символы) образцов [7].
Результаты исследований диэлектрической проницаемости е&(Г) для образцов композитов (КН4Юз)1_х/(РЬТЮз)х при х 0.1, 0.2 на разных частотах представлены на рис 2.
Рис. 2. Температурные зависимости диэлектрической проницаемости образцов композитов (КН4Юз)1-ДРЬТЮз)х длях= ОД (а)их = 0,2 (б) на частотах, кГц: 1 (кривая 7), 100 (2), 1000 (3); получены при нагреве (затушеванные символы) и охлаждении (пустые символы).
Вестник ЛмГУ
Выпуск 87, 2019
Из чего следует, что для композитных образцов характерна еще более существенная низкочастотная дисперсия. Для образца композита (КН410з)оУ(РЬТЮз)о;2 значения диэлектрической проницаемости на частоте 1 кГц практически на порядок выше, чем значения для чистого иодата аммония.
Как следует из графиков, представленных на рис. 3, для образца КН4Ю3 температура фазового перехода Тс составляет 366 К при нагреве и 362 К - при охлаждении, температурный гистерезис составляет 4°. Для образцов сегнетоэлектрических композитов (КН410з)оУ(ВаТЮз)од и (КН4Юз)о,8 /(ВаТЮ3)0,2 Тс = 383 К (нагрев) и Тс = 365 К (охлаждение) величина температурного гистерезиса составляет 18°. При этом у образца композита (№1410з)оУ(ВаТЮз)о,2 при нагреве наблюдается дополнительный максимум при 393 К, который скорее всего связан с сегнетоэлектрическим переходом в ти-танате бария. По сравнению с чистым иод атом аммония в композитных образцах происходит смещение температуры фазового перехода при нагреве в сторону более высоких температур на 17°, а также значительно расширяется температурный гистерезис - с 4° до 18°.
Рис. 3. Температурные зависимости диэлектрической проницаемости образцов (КН4Юз)1_х/(РЬТЮз)х при нагреве (затушеванные символы) и охлаждении (пустые символы):
Увеличение температуры фазового перехода в композите можно объяснить влиянием поляризованных частиц ВаТЮ3 на фазовые переходы, наблюдаемые в КН4Ю3. Энергия диполь-дипольного взаимодействия в композитных образцах в зависимости от расположения и ориентации дипольных моментов частиц может иметь как положительный, так и отрицательный знак. Однако из общих физических соображений можно заключить, что дипольные моменты в частицах КНДОз ориентированы так, чтобы скомпенсировать поле частиц ВаТЮ3, тогда АР(/(/ > 0 и устойчивость сегнетофазы возрастает. Это можно объяснить тем, что переориентация каждого диполя затруднена, так как для нее необходимо преодолеть дополнительный потенциальный барьер, образованный дипольными моментами частиц Ва-ТЮ3. Рост значений диэлектрической проницаемости в композитных образцах объясняется наличием ионно-миграционной поляризации в на границе зерен частиц иодата аммония и таната бария.
Выпуск 87; 2019
Вестник АмГУ
УДК 537.226
C.B. Барышников, А.Ю. Милинский, A.A. Антонов, И.В. Егорова
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ БРОМИДА ДИИЗОПРОПИЛАММОНИЯ И ТИТАНАТА СВИНЦА
Приведены результаты исследований диэлектрических свойств и калориметрических измерений сегнетоэлектрического композита (C6Hi6NBr) i-x/(Pb ТЮ3)Х с объемной долей в них частиц титаната свинца х = 0,1, 0,2, 0,3. Показано, что добавка титаната свинца к диизопропи-ламмонию бромида приводит к изменению последовательности структурных фазовых переходов в бромиде диизопропиламмония, увеличению эффективной диэлектрической проницаемости и tgö. В интервале температурами 150 - 138°С присутствуют две фазы C6H!6NBr (сегнетоэлек-трическая Р2г и несегнетоэлектрическая Р212121), соотношение которых зависит от доли частиц титаната свинца.
Большой интерес к исследованию свойств композитных соединений в последнее время связан с тем, что такие структуры могут иметь свойства, необычные по сравнению с однородными по составу веществами. Одна из целей таких исследований - изучение изменения свойств микро- и наноча-стиц в смесях. Согласно существующим представлениям, причиной сегнетоэлектрического состояния в кристаллах является дальнодействующее диполь-дипольное взаимодействие. Без учета электрического взаимодействия нельзя описать ни разбиение кристаллов на домены, ни влияние дипольных примесей на свойства сегнетоэлектриков [1-3]. Изучение кооперативных явлений в неупорядоченных системах показало, что введение нецентральных примесей в сильно поляризуемые матрицы может приводить к появлению сегнетоэлектрической фазы [2, 3]. В отличие от кристаллов и сегнетоэлек-трических твердых растворов в композитах дипольные частицы расположены на значительных расстояниях (порядка нескольких микрон), в связи с чем возникает вопрос: будут ли электрические взаимодействия в таких структурах оказывать влияние на их свойства?
Исследованию диэлектрических свойств и взаимному влиянию компонент в сегнетоэлектри-ческих композитах посвящен ряд публикаций (см. [4-7] и ссылки в них). Было установлено, что у таких систем возможно взаимное влияние компонентов на свойства друг друга. Для сегнетоэлектри-ческих композитов (KN03)i_x/(BaTi03)x, (KN03)i_x/(KNb03)x наблюдается расширение существования
