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 | 4 |

Фазовые превращения и магнитодиэлектрический эффект в бинарных и тройных системах на основе ниобата натрия, феррита висмута и титаната свинца

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

АНДРЮШИН Константин Петрович


ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И МАГНИТОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В БИНАРНЫХ И ТРОЙНЫХ СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ НИОБАТА НАТРИЯ, ФЕРРИТА ВИСМУТА И ТИТАНАТА СВИНЦА

Специальность

01.04.07 – физика конденсированного состояния

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Ростов-на-Дону

2011

Работа выполнена в отделе активных материалов Научно-исследовательского института физики федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования “Южный федеральный университет”

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор РЕЗНИЧЕНКО Лариса Андреевна
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, ПАНЧЕНКО Евгений Михайлович доктор технических наук, ТРИПАЛИН Александр Сергеевич
Ведущая организация: Южно-Российский государственный технический университет (ЮРГТУ- НПИ)

Защита диссертации состоится "16" декабря 2011 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.05 по физико-математическим наукам, по специальности 01.04.07 – физика конденсированного состояния, Южного федерального университета в здании НИИ физики ЮФУ по адресу: 344090 г. Ростов-на-Дону, просп. Стачки, 194, ауд. 411

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке Южного федерального университета по адресу: г. Ростов–наДону,

ул. Пушкинская, 148

Автореферат разослан "14" ноября 2011 года

Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, следует направлять ученому секретарю диссертационного совета Д 212.208.05 по физико-математическим наукам в Южном федеральном университете по адресу: г. Ростов-на-Дону, просп. Стачки 194, НИИ физики ЮФУ

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.208.05 при ЮФУ Гегузина Г.А.


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Поиск новых функциональных материалов с особыми электрическими и магнитными свойствами, а также разработка эффективных технологий их создания является важной задачей физики конденсированного состояния. Наиболее актуальны исследования в окрестности фазовых превращений, с которыми сопряжены экстремумы практически важных макроскопических параметров соединений и твердых растворов.



Наибольшее внимание привлекают материалы двух групп: на основе ниобатов щелочных металлов и на основе мультиферроиков. Первые, в большинстве своем экологически чистые, обладают уникальными свойствами, не реализуемыми в известных аналогах, вторые сочетают сегнетоэлектрическое (СЭ) и магнитное упорядочения. Технологические трудности, в том числе, невоспроизводимость свойств, термическая неустойчивость, высокая электропроводность, слабый магнитодиэлектрический эффект препятствуют широкому использованию этих материалов. Не угасает интерес и к традиционным композициям на базе титаната свинца, остающегося до сих пор основным компонентом промышленных композиций. Для твердых растворов (ТР) с большим содержанием PbTiO3 остаются до конца не понятыми физические механизмы формирования структуры и электрофизических свойств.

В связи с вышесказанным, тема диссертации, посвященной изучению фазовых превращений и магнитоэлектрических эффектов в ТР двойных и тройных систем на основе NaNbO3, BiFeO3 и PbTiO3, является актуальной.

Цель работы: установление закономерностей формирования кристаллической структуры, диэлектрических, пьезоэлектрических и магнитных свойств ТР двойных и тройных систем на основе ниобата натрия, феррита висмута и титаната свинца с учетом их кристаллохимической специфики и разработка на основе полученных результатов электро (магнито) активных материалов для различных областей применений.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  • выбрать на основе литературных данных наиболее перспективные базовые соединения, ТР и модифицирующие элементы;
  • разработать технологию их получения, адаптированную к каждому конкретному объекту;
  • экспериментально исследовать фазовые равновесия в бинарных и тройных системах ТР, построить x-T- диаграммы, определить зоны структурных неустойчивостей;
  • провести комплексные измерения диэлектрических, пьезоэлектрических, упругих и магнитных характеристик в широком интервале внешних воздействий;
  • установить корреляционные связи состав структура характер химической связи кристаллохимические характеристики ионов микроструктура макроскопические свойства области применения;
  • выбрать на основе полученных данных группы ТР, значимые для дальнейшей технологической доработки с целью создания на их основе практически ценных мультифункциональных материалов.

Объекты исследования:

  • ТР трехкомпонентной системы (1-x-y)NaNbO3 – xKNbO3 – yCd0.5NbO3 с различным содержанием Cd0.5NbO3: I разрез с y= 0.05, x= 0.050.65, x= 0.05; II разрез с y=0.10, x=0.050.50, x=0.05; III разрез с y= 0.15, x= 0.050.30, x= 0.05; IV разрез с y= 0.20, x= 0.050.20, x= 0.025; V разрез с y= 0.25, x= 0.050.20, x= 0.025; VI разрез с y= 0.30, x= 0.050.20, x= 0.025; VII разрез с y= 0.0250.150, x=0.45, y=0.025;
  • ТР бинарных систем состава Bi1-xAxFeO3 (где A = РЗЭ = La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Lu, x = 0.050.20, х = 0.05);
  • ТР на основе титаната свинца состава , с соотношением атомов Sr и Ba, удовлетворяющим формуле ; 0.02 0.36, 0.00730.1339;
  • ТР многокомпонентной системы , , где 1=0.020.12, 1=0.02, 2= 0.00730.045, x= 0.395 0.42, y= 0.4120.437;
  • промышленно выпускаемые материалы: ПКР-35 (на основе (Na, Li)NbO3), ПКР-61 (на основе LiNbO3), ПКР- 40 (на основе PbTiO3) и ряд других материалов на основе системы ЦТС.

Твердотельные состояния:

дисперсно-кристаллические вещества (шихты, синтезированные порошки, измельченные поликристаллы), керамики, пьезоэлементы.

Научная новизна основных результатов

В ходе выполнения представленной диссертационной работы впервые:

  • определены условия структурообразования высокоплотных, беспримесных керамик систем (Na, K, Cd) NbO3; (Bi, A)FeO3 (A= Pr, Sm, Eu, Gd); (Pb, Sr, Ba)TiO3; (Pb, Sr, Ba)(Ti, Zr, Nb, Zn, Mg)O3; (Pb, Ba,)(Ti, Nb, Zn, Mg)O3 полученных твердофазным синтезом с последующим спеканием без извне приложенного давления. Исследованы их структура и макроскопические свойства (в том числе, с А= La, Nd, Yd, Tb, Dy, Ho, Ta, Lu) в широком диапазоне внешних воздействий: (101000) K, (25106) Гц, (1030) кВ/см, Н=0.6 Тл и их комбинаций;
  • построены фазовые диаграммы систем, определены зоны структурных неустойчивостей различной природы, установлены зависимости электро (магнито) активных свойств от параметров, характеризующих кристаллическое строение ТР;
  • поставлено в соответствие с ионными радиусами вводимых РЗЭ возникновение низкосимметрийных фаз в модифицированном феррите висмута;
  • установлен факт существования анизотропии магнитодиэлектрического эффекта (МДЭ) в немодифицированном и модифицированном Gd и Eu феррите висмута.

Научная и практическая значимость основных результатов

В ходе выполнения диссертационных исследований разработаны:

  • материалы:
  • на основе титаната- цирконата свинца и магно,- цинкониобатов свинца с добавками, обладающие высокими обратными пьезомодулями, коэффициентами электромеханической связи, температурой Кюри для высоковольтных актюаторов, лазерных адаптивных систем, компенсаторов вибрации, приборов точного позиционирования (Заявка № 2010108373 от 10.03.2010 (приоритет), положительное решение о выдаче патента на изобретение от 18.02.2011);
  • на основе титаната свинца и магно,- никель,- цинкониобатов свинца с добавками, обладающие высокими коэффициентами электромеханической связи, относительной диэлектрической проницаемостью поляризованных образцов, удельной чувствительностью и низкой скоростью звука – для использования в низкочастотных приемных устройствах (гидрофонах, микрофонах, сейсмоприемниках), а также в приборах медицинской диагностики, работающих на нагрузку с низкоомным входным сопротивлением (Заявка № 2010108374 от 10.03.2010 (приоритет), положительное решение о выдаче патента на изобретение от 03.04.2011);
  • на основе ниобатов натрия-калия-кадмия с высокой диэлектрической проницаемостью для низкочастотных приемных устройств; с высокими коэффициентами электромеханической связи, скоростью звука и низкой диэлектрической проницаемостью для применений в СВЧ- устройствах; с высокой пьезочувствительностью для использования в акселерометрах, ультразвуковых дефектоскопах; с высокой механической добротностью для применений в устройствах, работающих в силовых режимах (заявка №2011145121 от 09.11.2011);
  • на основе BiFeO3 с высокой анизотропией магнитодиэлектрического коэффициента для применений в устройствах спинтроники.
  • технологии:
  • получения материалов на основе ниобатов натрия- лития (калия) (без использования горячего прессования (ГП)) для применения в СВЧ- технике;
  • получения материала на основе ниобата лития (адаптированная обычная керамическая технология (ОКТ)) для использования в высокотемпературной пьезотехнике.
  • справочные данные:
  • по диэлектрическим, пьезоэлектрическим и упругим характеристиках ТР многокомпонентных систем на основе титаната свинца и ниобата натрия (Аттестаты № 183, 184 от 03.05.2011, выданные Гос. службой стандартных справочных данных (ГСССД)).
  • программы для ЭВМ:
  • для расчета электрофизических, поляризационных, деформационных и реверсивных характеристик пьезокерамических материалов (Св-во о Гос. регистрации программы для ЭВМ № 2010610882 от 28.01.2010 по заявке № 2009616188 от 05.10.2009 (приоритет));
  • для расчета диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь для различных пьезокерамических материалов с помощью WAYNE KERR 6500B (Св-во о Гос. регистрации программы для ЭВМ № 2010610883 от 28.01.2010 по заявке № 2009617202 от 14.12.2009 (приоритет)).
  • Стенды
  • для исследования МДЭ мультиферроидных материалов в широком интервале температур (300770)K, частот переменного электрического поля (20106)Гц и постоянного магнитного поля (00.6)Тл.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. В трехкомпонентной системе (1-x-y)NaNbO3-xKNbO3-yCd0.5NbO3 в области, прилегающей к NaNbO3, установлен интервал критических значений суммарной электроотрицательности А-элементов (473477кДж/г.ат.), являющийся разделом между традиционными обратными зависимостями диэлектрической проницаемости от однородного параметра деформации и аномальными – прямыми; выявлен эффект, подобный фазопереходной усталости, при многократном циклировании постоянного электрического поля.

2. С изоморфными замещениями ионов в феррите висмута связаны повышение его термической устойчивости и снижение электропроводности при модифицировании крупно- и среднеразмерными редкоземельными элементами, РЗЭ (La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho); возникновение (при комнатной температуре) различных ромбических фаз с моноклинной перовскитной подъячейкой при модифицировании BiFeO3 ионами РЗЭ с радиусами, r, равными (0.890.98) (Nd, Sm, Eu, Gd, Tb), и сохранение свойственной BiFeO3 ромбоэдрической структуры при введении ионов РЗЭ с большими (La, Pr) или с меньшими (Dy, Ho, Tm, Yb, Lu) радиусами; низко- и высокотемпературные диэлектрические релаксации, вторичная периодичность свойств.





3. В BiFeO3 и твердых растворах составов Bi1-xEuxFeO3 и Bi1-xGdxFeO3 (0.05x0.20) имеет место анизотропия магнитодиэлектрического эффекта, заключающаяся в резком уменьшении магнитодиэлектрического коэффициента при взаимно перпендикулярной ориентации электрического и магнитного полей, по сравнению с этим коэффициентом при их параллельной ориентации.

4. В многокомпонентных системах твердых растворов на основе ниобата натрия, титаната свинца, титаната- цирконата свинца механическая добротность связана обратной зависимостью с планарным коэффициентом электромеханической связи.

Надежность и достоверность полученных в работе результатов

Надежность и достоверность полученных в работе результатов основана на фактах одновременного использования комплекса взаимодополняющих экспериментальных методов и теоретических расчетов; согласия результатов, полученных различными методами; применения апробированных методик экспериментальных исследований и метрологически аттестованной прецизионной технологической и измерительной аппаратуры, в том числе, выпуска 2004-2009 г.г.; проведения исследований на большом числе образцов каждого состава, показавших хорошую воспроизводимость свойств; использования компьютерных методов для моделирования диэлектрических спектров, пьезоэлектрических характеристик; анализа полученных экспериментальных результатов с привлечением современных теоретических представлений о фазовых переходах в конденсированных средах; соответствия результатов аналитических и численных решений.

Кроме этого, беспримесность изготовленных керамик всех групп ТР, близость параметров их кристаллической структуры к известным библиографическим данным, высокие относительные плотности образцов, однородность их поверхностей и сколов, равномернозернистость, экстремальность электрофизических характеристик при выбранных режимах изготовления керамик, воспроизводимость структурных, диэлектрических, пьезоэлектрических и упругих параметров от образца к образцу внутри одного состава ТР, соответствие физических свойств ТР логике их изменения в каждой конкретной системе позволяют считать полученные результаты достоверными и надежными, а сформулированные положения и выводы - обоснованными.

Апробация результатов работы

Основные результаты диссертации докладывались на следующих конференциях, симпозиумах и семинарах:

  1. Международных:
  • V- IX Международных научно-технических конференциях «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» («INTERMATIC – 2007- 2011»). М. МИРЭА. 2007- 2011;
  • VI- VIII Международных научно-технических школах-конференциях «Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию в микроэлектронике» («Молодые ученые- 2008-2010»). М. МИРЭА. 2008-2010;
  • XI- XIV Международных междисциплинарных симпозиумах «Порядок, беспорядок и свойства оксидов» («ODPO – 2007- 2011»). г. Ростов-на-Дону – Б. Сочи. 2007-2011;
  • XI- XIV Международных междисциплинарных симпозиумах «Упорядочения в металлах и сплавах» («ОМА – 2007- 2011»). Ростов-на-Дону – Б. Сочи. 2007 - 2011;
  • Международной конференции «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах» («Makhachkala – 2007, 2009, 2010»). Республика Дагестан. Махачкала. 2007, 2009, 2010;
  • Международных конференциях «Физика диэлектриков» («Диэлектрики – 2008, 2011»). Санкт-Петербург. 2008, 2011;
  • VI Международном семинаре по физике сегнетоэластиков («ISFP-6(11) »). Воронеж. 2009;
  • Международной Российско- Японско- Казахстанской научной конференции «Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов. Волгоград. 2009;
  • I Международном, междисциплинарном симпозиуме «Термодинамика неупорядоченных сред и пьезоактивных материалов» («TDM&PM»). Ростов-на-Дону – Пятигорск. 2009;
  • I Международном междисциплинарном симпозиуме “Физика межфазных границ и фазовые переходы” («МФГП-1»). Нальчик- пос. Лоо. 2011;
  • II, III международных симпозиумах “Среды со структурным и магнитным упорядочением” (Multiferroics-2, 3). Ростов-на-Дону– Б. Сочи. 2009, 2011.
  • VI Международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации. Самоорганизация при фазообразовании». Иваново. 2010;
  • XXII Международной конференции «Релаксационные явления в твёрдых телах» («RPS-22»). Воронеж. 2010;
  • XVII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2010, 2011». Москва. 2010, 2011;
  • X Международном семинаре "Магнитные фазовые переходы". Республика Дагестан. Махачкала. 2010;
  • IX Международной научно-практической конференции “Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности”. г. Санкт- Петербург, 2010.
  • IV Международной конференции «Кристаллофизика XXI века», посвященная памяти М.П. Шаскольской. М. 2010;
  • I Российско-Украинском Международном симпозиуме “Аномальные свойства твердых растворов из морфотропной области многокомпонентных окислов, содержащих 3d- металлы”. Ростов-на-Дону- Азов. 2011;
  • III Международном конгресса (V международной научно- технической конференции) “Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно- транспортных комплексов” (ELPIT- 2011), Тольятти- Самара. 2011;
  • I Международном междисциплинарном симпозиуме “Физика межфазных границ и фазовые переходы” (“МГФП-1”). Нальчик- п. Лоо. 2011;
  • X Международной научно-практической конференции “Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности”. Санкт-Петербург. 2011;

2. Национальных:

  • XIV Национальной конференции по росту кристаллов ("НКРК-2010"). Москва. 2010;

3. Всероссийских:

  • XVIII Всероссийской конференции «Физика сегнетоэлектриков» («ВКС-XVIII, XIX»). Санкт-Петербург, М. 2008, 2011;
  • II научно-технической конференции «Методы создания, исследования микро-, наносистем и экономические аспекты микро-, наноэлектроники». Пенза. 2009;
  • XV, XVI, XVII Всероссийских конференциях студентов- физиков и молодых учёных («ВНКСФ-15, 16, 17»). Кемерово-Томск, Волгоград, Екатеринбург. 2009- 2011;
  • VII, VIII Российских ежегодных конференциях молодых научных сотрудников и аспирантов«Физико- химия и технология неорганических материалов». Москва. 2010, 2011;
  • Всероссийской научно – практической конференции «Студенты, аспиранты и молодые учёные – малому наукоёмкому бизнесу- «Ползуновские гранты»». Алтай. 2010;
  • V Всероссийской молодежной конференции “Инновационные аспекты фундаментальных исследований по актуальным проблемам”. М. 2011;
  • 45-й школе по физике конденсированного состояния Петербургского института ядерной физики РАН (ПИЯФ РАН). г. Санкт- Петербург – пос. Рощино. 2011;

4. Региональных:



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

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.