авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Диэлектрические свойства bi-содержащих слоистых сегнетоэлектриков

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КОЧЕРГИН Юрий Владимирович

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Bi-СОДЕРЖАЩИХ СЛОИСТЫХ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ

Специальность: 01.04.07 Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени
кандидата физико-математических наук

Астрахань – 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Научный руководитель доктор физико-математических наук, доцент

Бурханов Анвер Идрисович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Каллаев Сулейман Нурулисланович

кандидат физико-математических наук, доцент

Медников Станислав Владимирович

Ведущая организация ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

Защита состоится «04» _июня_2010 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.06 при ГОУ ВПО «Астраханский государственный университет» по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 20а.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Астраханский государственный университет».

Автореферат разослан «___» _________ 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Смирнов В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Во многих функциональных устройствах, используемых в различных отраслях науки и техники, в качестве активных элементов применяют поликристаллические материалы, к которым относятся и сегнетоэлектрики с их уникальными электрофизическими свойствами. По мере развития сегнетоэлектричества продолжался и процесс поиска новых материалов, относящихся к обнаруженному классу. Особое внимание этому направлению физики твердого тела было оказано во второй половине XX века, когда был открыт ряд новых сегнетоэлектриков, выявлена область их применения, а также разработаны методы получения сегнетоэлектриков (СЭ) с заданными свойствами. Работы В.А. Исупова и А.Г. Смоленского [1] показали, что наряду с СЭ материалами, обладающими четким фазовым переходом (ФП), существует особый вид СЭ, у которых наблюдается сильное размытие максимумов диэлектрической проницаемости при сегнетоэлектрических фазовых переходах. В дальнейшем подобные свойства были обнаружены у большого ряда сегнетоэлектрических материалов.

Одними из таких материалов являются слоистые СЭ с общей формулой Am-1Bi2BmO3m+3, которые являются сложными перовскитами [2]. В последние годы для классификации и прогнозирования новых типов кристаллических структур, а также поиска оптимальных путей их синтеза используется модульный подход, который рассматривает отдельные слои как строительные блоки. В известной мере этот подход подобен подходам к поэтапной сборке сложных наноматериалов с тем принципиальным отличием, что фундаментальными структурными единицами в случае слоистых структур являются не ограниченные группы атомов или кластеры, а бесконечно протяженные слои. Интерес к слоистым СЭ вызван и перспективностью их использования в современном приборостроении, например, для изготовления конденсаторов, нелинейных элементов варисторного типа, в устройствах оперативной памяти, которые могут заменить считывающе-запоминающие устройства, основанные на кремнии, так как обладают низким рабочим напряжением, высокой скоростью чтения-записи и энергонезависимы. Кроме того, данные материалы проявляют превосходную выносливость к многократному переключению поляризации (до 1012 циклов).



Применение низких и инфранизких частот при исследовании диэлектрического отклика подобных структур является актуальным, так как позволяет более детально исследовать и получить дополнительную информацию, касающуюся фундаментального аспекта физики размытых переходов в неупорядоченных конденсированных средах, а также существенно расширить область прикладных задач относительно применения слоистых сегнетоэлектриков.

Тематика диссертационной работы соответствует «Перечню приоритетных направлений фундаментальных исследований», утвержденных Президиумом РАН, а работа является частью комплексных исследований, проводимых на кафедре физики Волгоградского архитектурно-строительного университета по изучению физических свойств электрически активных материалов.

Цель работы заключалась в исследовании процессов низко- и инфранизкочастотной релаксации поляризации слоистых
сегнето­электриков-керамик ВаBi2Nb2O9, Na0,5Bi8.5Ti2Nb4O27, Na0,5Bi8.5Ti2Ta4O27, K0,5Bi8.5Ti2Nb4O27, SrBi2Ta2O9 при влиянии внешних воздействий различной природы в широкой области температур. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

  1. Изучение низко– (НЧ) и инфранизкочастотных (ИНЧ) диэлектрических спектров комплексной диэлектрической проницаемости * слоистых сегнетоэлектриков.
  2. Исследование особенностей процессов долговременной релаксации поляризации в слоистых сегнетоэлектриках в зависимости от предыстории материалов.
  3. Изучение характера диэлектрической нелинейности и особенностей переполяризационных характеристик в керамиках ВаBi2Nb2O9 и SrBi2Ta2O9 при различных значениях внешнего смещающего и переменного электрических полей в широкой температурной области.

Объекты исследований. В качестве объектов исследований выбраны следующие составы слоистых сегнетоэлектриков: ВаBi2Nb2O9, Na0,5Bi8.5Ti2Nb4O27, Na0,5Bi8.5Ti2Ta4O27, K0,5Bi8.5Ti2Nb4O27, SrBi2Ta2O9. Данные материалы приготовлены из тонкоизмельченных оксидов или солей соответствующих металлов методом термохимической реакции в твердой фазе в Институте физики твердого тела Латвийского университета. Рентгеноструктурный анализ синтезированных соединений показал, что во всех случаях кристаллическая решетка имеет два перовскитоподобных слоя, чередующихся с висмут-кислородными слоями.

В зависимости от соотношения компонент и степени упорядоченности ионов в узлах кристаллической решетки данные материалы относятся к сегнетоэлектрикам с размытым фазовым переходом. Существенное различие как в степени размытия фазового перехода, так и в значениях температур фазового перехода дают возможность провести сравнительные исследования данных объектов и получить новую информацию, актуальную как с точки зрения фундаментальных исследований, так и в связи с перспективностью применения их в технике.

Научная новизна.

  1. У слоистого сегнетоэлектрика ВаBi2Nb2O9 выявлен релаксорный тип частотно-температурной зависимости диэлектрического отклика в диапазоне низких и инфранизких частотах.
  2. Для слоистых сегнетоэлектриков Na0,5Bi8.5Ti2Nb4O27, Na0,5Bi8.5Ti2Ta4O27 показано существование при температурах, расположенных ниже , дополнительных максимумов , зависящих от времени старения материала.
  3. При изучении влияния смещающего поля показано, что характер диэлектрической нелинейности в слоистом сегнетоэлектрике ВаBi2Nb2O9 может определяться поведением полярных кластеров и нанообластей подобно тому, как это происходит в неупорядоченных системах типа полярного (дипольного) стекла.
  4. Показано, что характер переполяризационных процессов в керамике SrBi2Ta2O9 в диапазоне инфранизких частот определяется поведением доменной структуры в существенно дефектной среде.

Результаты были получены впервые.

Практическая значимость. Новые экспериментальные результаты и закономерности, полученные в настоящей диссертационной работе при исследовании диэлектрического отклика в слоистых сегнетоэлектриках ВаBi2Nb2O9, Na0,5Bi8.5Ti2Nb4O27, Na0,5Bi8.5Ti2Ta4O27, K0,5Bi8.5Ti2Nb4O27, SrBi2Ta2O9 в зависимости от влияния постоянных и переменных электрических полей, позволяют значительно пополнить имеющуюся информацию о процессах диэлектрической релаксации в материалах, обладающих размытым фазовым переходом, что будет полезно как для разработчиков технических применений, так и для проверки существующих и разработки новых теоретических представлений об особенностях физических свойств в области размытых фазовых переходов.

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. В основе релаксороподобного диэлектрического отклика слоистого сегнетоэлектрика ВаBi2Nb2O9 лежат медленные процессы релаксации поляризации, характерные для неупорядоченных систем типа полярного (дипольного) стекла.
  2. Экспериментальные результаты, устанавливающие причины возникновения дополнительных аномалий электрофизичеких свойств в слоистых сегнетоэлектриках Na0,5Bi8.
    5Ti2Nb4O27 и Na0,5Bi8.5Ti2Ta4O27 при температурах, расположенных существенно ниже температур сегнетоэлектрического фазового перехода в данных материалах.
  3. Вклад в диэлектрический отклик слоистого сегнетоэлектрика SrBi2Ta2O9 в слабых полях инфранизкой частоты определяется двумя основными составляющими: релаксацией объемного заряда и осцилляцией доменных границ в существенно дефектной среде.
  4. Экспериментальные результаты, определяющие характер переполяризационных процессов в слоистом сегнетоэлектрике SrBi2Ta2O9 в широкой области температур.

Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертационной работе, докладывались на 5 Международном семинаре физики сегнетоэластиков (ВГУ, Воронеж, 2006), XI Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (ВолГУ, Волгоград, 2006); Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (МИРЭА, Москва, 2006); Международной конференции «Функциональные материалы и нанотехнологии FMNT’2007» (Рига, Латвия, 2007); 13-й Всероссийской Конференции Студентов Физиков и Молодых Ученых ВНКСФ-13 (ЮФУ,
Ростов-на-Дону–Таганрог, 2007); Международной конференции «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах» (институт физики ДагНЦ РАН, Махачкала, 2007); Международной конференции по материалам для электронных компонентов (2007, Маракеш); Polecer conference piezoelectricity for end users III (Либерцы, Чешская республика, 2007); XVIII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков ВКС-18 (ЛЭТИ, Санкт-Петербург, 2008); Международной конференции «Функциональные материалы и нанотехнологии FMNT’2008» (Рига, Латвия, 2008); 6-ом Международном семинаре физики сегнетоэластиков (ВГУ, Воронеж, 2009); Второй международной конференции по материалам для электронных компонентов (Хаммет, Тунис, 2009); на 15-ой конференции по полупроводникам и диэлектрическим материалам (Вильнюс, 2009); на 12-ой международной конференции по сегнетоэлектричеству и на 18-ой международном симпозиуме по сегнетоэлектрическим материалам (Ксиан, Китай, 2009); Ежегодных научно-технических конференциях ВолГАСУ (2006, 2007, 2008, 2009).

Публикации

Содержание диссертации опубликовано в 21 печатной работе (из них 14 статей в научных журналах, 6 из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 7 тезисов конференций).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы из 126 наименований. Основная часть работы изложена на 113 страницах, содержит 41 рисунок и 3 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, обоснован выбор объектов исследования, указана новизна результатов, дано краткое содержание глав диссертации.

В первой главе обобщены и систематизированы литературные данные, характеризующие современное состояние исследований физических свойств сегнетоэлектриков-релаксоров. Представлены основные, наиболее часто используемые модели, позволяющие описать поведение диэлектрических параметров релаксорных моделей во всей области размытого фазового перехода. Проанализированы основные изменения электрофизических параметров материала в процессе диэлектрического старения. Рассмотрены соединения, имеющие общую формулу Am-1Bi2BmO3m+3, а именно, структура и диэлектрические свойства слоистых сегнетоэлектриков данного типа. Приведен анализ литературных данных по исследованию некоторых слоистых сегнетоэлектрических материалов, из которого следует, что в ряде случаев (составов) данные материалы могут проявлять свойства релаксоров. Однако, несмотря на достаточно большое количество работ, посвященных исследованию физических свойств висмут-содержащих слоистых сегнето­электриков, исследования этих материалов в НЧ-ИНЧ области и слабых измерительных полях в широком температурном диапазоне практически отсутствуют.

Вторая глава посвящена изложению методики измерений комплексной диэлектрической проницаемости в низко- и инфранизкочастотном диапазоне измерительных полей при напряженности измерительного поля <1В/см, комплексному исследованию петель диэлектрического гистерезиса на низких и инфранизких измерительных частотах при различных амплитудах полей и широком температурном интервале. Описаны мостовой, осциллографический метод измерения параметров материалов. Указана методика подготовки образцов.

 Температурные зависимости –-6
 Температурные зависимости – (а) и -7
Рис. 1. Температурные зависимости – (а) и – (б) слоистого сегнетоэлектрика ВаBi2Nb2O9




В третьей главе излагаются и обсуждаются экспериментальные результаты исследований НЧ-ИНЧ диэлектрических свойств слоистых сегнетоэлектриков ВаBi2Nb2O9, Na0,5Bi8.5Ti2Nb4O27, Na0,5Bi8.5Ti2Ta4O27, K0,5Bi8.5Ti2Nb4O27, SrBi2Ta2O9 в слабых измерительных полях.

В слоистом сегнето­электрике - керамике ВаBi2Nb2O9 в низко- и инфранизкочастотном диапазоне установлена существенная частотная зависимость положения температур , соответ­ствующих максимумам . При этом максимумы с понижением час­тоты принимают вид ступенькообразной анома­лии (=100-5Гц), которая может свидетельствовать о сте­коль­ном характере диэлек­три­ческого отклика мате­риала при
(рис. 1).

Проявление макси­мумов и соответ­ствующее пове­дение в области указывает на наличие существенной низко- и инфранизкочастотной дисперсии в ВаBi2Nb2O9. Анализ данной дисперсии показал, что она может быть хорошо аппроксимирована уравнением Коула-Коула (К-К):

, (1)

где и – соответственно низко– и высокочастотный пределы значений ,
– наиболее вероятное время релаксации поляризации, – круговая частота, – параметр распределения по временам релаксации.

Анализ зависимости показал, что для температур, расположенных ниже , выполняется соотношение Фогеля-Фулчера:

, (2)

 Температурные зависимости -29
 Температурные зависимости -30
Рис. 2. Температурные зависимости Na0,5Bi8.5Ti2Nb4O27 (а), Na0,5Bi8.5Ti2Ta4O27 (б)


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.