1. Введение
Твердые растворы со структурой перовскита, образующиеся в тройной системе BiScO3Missing Mark : sub – PbTiO3Missing Mark : sub – PbMg1/3Missing Mark : subNb2/3Missing Mark : subO3Missing Mark : sub (BS – PT – PMN), вызывают интерес в связи с их перспективными для практических применений пьезоэлектрическими свойствами
[1][4][8][10][11][12][13][2][3][5][6][7][14][15][16][17][9]
Концентрационный треугольник системы BS–PT–PMN ((1–2x)BS·(2–y) xPT·yxPMN)
[1][2][3][4][5][6][7][8][9][10]
2. Получение образцов и методы их исследований
Образцы разреза тройной системы BS – PT – PMN, представляющие собой твердые растворы состава (1–x)(0,35BS·0,65PT)·x(0,68PMN·0,32PT) при варьировании параметра
– оксиды висмута (Bi2O3, ос. ч.);
– скандия (Sc2O3, OC-99,9%);
– свинца (Pb3O4, ч.д.а.);
– титана (TiO2, ос. ч.);
– магния (MgO, ч);
– ниобия (Nb2O5, ос. ч.).
Компоненты, взятые в количествах, соответствующих стехиометрии, были объединены и гомогенизированы путем растирания в агатовой ступке в присутствии этилового спирта. Образцы смесей подвергались термической обработке при 1100°C в течение 4,5 часов. Обжиг проводился в алундовых тиглях, крышки которых не были полностью герметизированы. После обжига полученные материалы были измельчены и смешаны с 5% водного раствора поливинилового спирта. Из этой пластичной массы методом одноосного прессования под давлением 40 МПа были сформированы цилиндрические диски диаметром 10 мм и толщиной от 1 до 2 мм. Заготовки спекали при
На спеченные диски для электрофизических исследований были нанесены электроды из серебряной пасты методом вжигания. Процесс поляризации образцов для изучения пьезоэлектрического эффекта и ТТСД включал воздействие постоянным электрическим полем напряженностью 40 кВ/см на протяжении 20 минут при комнатной температуре. Последующие измерения пьезоэффекта и ТТСД осуществлялись после двух-трехдневной выдержки поляризованных образцов при комнатной температуре.
ɛ
Для
3. Экспериментальные результаты и их обсуждение
3.1.
Идентификация рефлексов на дифрактограммах образцов позволила установить их принадлежность к твердым растворам перовскитной структуры. Рефлексов от примесной фазы со структурой пирохлора, присутствие которой характерно для образцов изучаемой системы
[9][10][22][18]
Дифрактограммы измельченных в порошок керамических образцов (1–x)(0,35BS 0,65PT)·x(0,68PMN 0,32PT) с добавленным к ним порошком кристаллов Ge в качестве внутреннего эталона
Заключение о сосуществовании в образцах разных твердых растворов со структурой перовскита соответствует приводимым в
[6][7][9][19][20][21][22]
Исследование зависимостей
ɛɛ[23]
Для концентраций
ɛΔɛ
Концентрационные зависимости для твердых растворов (1–x)(0,35BS·0,65PT)·x(0,68PMN·0,32PT)
Диэлектрические свойства образца
ɛ[24]ɛ
Зависимости ɛ(T), tgδ(T) и ТТСД(Т) образцов (1-2x)BS∙(2-y)xPTyx PMN
[24]tgδ
где:
kB константа Больцмана;
ƒ
o, Ea, TVF подгоночные параметры, связываемые для канонического СЭР PMN с частотой попыток преодоления потенциального барьера, энергией активации, температурой Фогеля-Фулчера, ниже которой происходит замораживание динамики электрических диполей и переход СЭР из эргодического в неэргодическое состояние [24]. [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10]
Зависимости Tm(ƒ) для образцов (1-x)(0,35BS·0,65PT)· x(0,68PMN·0,32PT) с x=0,40–0,80
температуре максимума e гораздо ниже (, чем [25][26][27][28]
Низкое значение максимума ТТСД образца с
Рост
– существенное уменьшение дисперсии ɛ при
– уменьшение смещения
Δ
– появление выраженных максимумов на зависимостях
– прекращение выполнения соотношения Фогеля-Фулчера для зависимости
Однако при этом максимум на зависимости ɛ(
Обнаруженная последовательность изменения диэлектрических свойств образцов (1–
Рисунок 3 иллюстрирует, как концентрация влияет на различные характеристики материалов, включая температуру Кюри (
ΔΔ
4. Заключение
1. Образцы тройной системы BS – PT – PMN были изготовлены с использованием стандартных керамических методов. Составы этих образцов располагаются в пределах области МФО на разрезе, определяемом формулой (1–
2. Анализ РФА показал, что исследуемые образцы представляют собой смесь твердых растворов с перовскитной структурой, но с различной симметрией. Индицирование дифрактограмм позволило установить параметры элементарной ячейки для тетрагональных твердых растворов.
3. Проведенные исследования температурно-частотных зависимостей диэлектрической проницаемости (ε) и тангенса угла потерь (tgδ) твердых растворов в температурном интервале 295–700 K и частотном диапазоне 25 Гц–1 МГц, а также анализ их температурных зависимостей диэлектрических свойств (ТТСД) в области 300–700 K, позволили классифицировать поведение материалов. Было установлено, что образцы с концентрациями x в интервалах 0≤x≤0,20, 0,45≤x≤0,55 и 0,60≤x≤1 характеризуются соответственно сегнетоэлектрическими свойствами с размытым фазовым переходом, смешанными сегнетоэлектрическо-релаксорными свойствами и чисто релаксорными свойствами. Образцы с x=0,40 демонстрируют переходные свойства, сочетающие черты сегнетоэлектрических с размытым фазовым переходом и сегнетоэлектрическо-релаксорных.
4. В процессе изучения твердых растворов были выявлены закономерности изменения параметров тетрагональной элементарной ячейки и электрофизических характеристик в зависимости от концентрации. Среди исследованных электрофизических свойств — температурные зависимости диэлектрической проницаемости и ТТСД, а также их экстремальные значения (пики) и ширины, наряду с абсолютными значениями диэлектрической проницаемости и пьезомодуля d33 при комнатной температуре. Было установлено, что в диапазоне концентраций