Диэлектрические свойства титаната бария
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
осей b и с сегнетоэлектрические свойства не проявляются и диэлектрические проницаемости ?b и ?c составляют всего несколько единиц (Рис.2.2.5).
Рис 2.2.5 Зависимость диэлектрической проницаемости ea вдоль сегнетоэлектрической оси а и проницаемостей eb и eс вдоль осей b и с от температуры (а) и расположение указанных осей (б) в кристалле соли
Рис.2.2.6 Зависимость диэлектрической проницаемости титаната бария от добавок
Зависит также ? ВаТiО3 от примесей (Рис.2.2.6)
Температурная зависимость в неполярной модификации или параэлектрическом состоянии может быть представлена законом Кюри - Вейса:
, (2.2.1)
где - магнитная восприимчивость;
C - постоянная Кюри, зависящая от вещества;
T - абсолютная температура в кельвинах;
Tк - температура Кюри, К.
Для титаната бария абсолютные значения С у разных исследователей сильно различаются, что связывают с различной технологией получения образцов. Часто принимают С = 1,05 К.
Свойства титаната бария с фазовым переходом 1 (ФП1), близким к фазовому переходу 2 (ФП2) могут быть описаны аналогично свойствам сегнетоэлектриков с ФП2 с помощью термодинамической теории. В соответствии с этой теорией сегнетоэлектрики с ФП1 в области температуры ФП обладают неустойчивостью и петлей диэлектрического гистерезиса. Закон Кюри - Вейсса имеет такой же аналитический вид (2.2.1), однако проявляет особенности. Если для ФП2 переход происходит при Т = Тк и ? = 0, то для ФП1 ? ? 0, а имеет значение
, (2.2.2)
где ? > 0.
Отсюда следует, что Т?к в случае ФП1 будет больше, чем Тк. Спонтанная поляризованность при Т = Т?к возникает скачком.
Величина этого скачка
. (2.2.3)
Скачком при Т?к изменяется и величина ?, которая в точке ФП1 имеет вполне определенное, не бесконечное, как при ФП2, а максимальное значение, равное . На рис.2.2.7 показаны температурные зависимости Ps и ? в сегнетоэлектриках с ФП1.
Рис.2.2.7 Температурная зависимость спонтанной поляризации (а) и обратной диэлектрической проницаемости (б) в сегнетоэлектриках с ФП2. Т?к - точка Кюри, Тк - температура Кюри - Вейсса
Точка Кюри характеризует температуру фазового перехода сегнетоэлектриков 1 рода. Температура Кюри - Вейсса, То = Тк, показывает смещение температуры ФП1 по сравнению с ФП2.
2.3 Частотная зависимость свойств
Частотная зависимость e по своему характеру аналогична зависимости e=j (f) для материалов типа ферритов - с ростом частоты e уменьшается и в некоторой области может наблюдаться крутой спад. На Рис.2.3.1 показана частотная зависимость e = j (f) для титаната бария при постоянной температуре.
Рис.2.3.1 Зависимость диэлектрической проницаемости метатитаната бария от частоты
Следует заметить, что абсолютные значения величины e приводятся для общей ориентировки, поскольку они зависят от технологии изготовления кристаллов и от методики измерений. Кроме того, часто приводят такие зависимости для поликристаллических сегнетоэлектриков в виде керамики, где возможен значительный разброс всех параметров. Ясно, что при различных температурах изменения e неодинаковы, поэтому различны и сами величины e. В качестве примера (рис.2.3.2, а) даны кривые e = f (Т) при разных частотах для сегнетоэлектрика Pb (Mg1/3Nb2/3) О3 согласно измерениям Хучуа и Лычкатой. Здесь одновременно демонстрируется еще одна особенность - размытый сегнетоэлектрический фазовый переход и обнаруживаются релаксационные свойства, состоящие, в частности, в том, что с увеличением частоты максимум e сдвигается в сторону более высокой температуры, а его величина уменьшается. Так что в данном случае максимум e уже нельзя считать соответствующим точке Кюри. Подобными свойствами обладают также твердые растворы на основе BaTiO3 - BaZrO3 - BaSnO3, SrTiO3 - Bi2/3 TiO3 и др.
Рис.2.3.2 Зависимость диэлектрической проницаемости (а) и тангенса угла диэлектрических потерь (б) в сегнетоэлектрике Pb (Mg1/3Nb2/3) О3 от температуры при различных частотах
На рис.2.3.2, б приведены кривые tg d = f (Т) для сегнетоэлектрика Pb (Mg1/3Nb2/3) О3. Обычно в сегнетоэлектриках несколько ниже точки Кюри наблюдается максимум tg d. Кроме того, в сегнетоэлектрической области tg d выше, чем в параэлектрической, tg d обычно в пределах 0,01 - 0,06. Эти потери в значительной мере определяются потерями на гистерезис.
Общий характер частотной зависимости диэлектрической проницаемости и потерь в слабых полях в поликристаллическом титаните бария показан на рис.2.3.3, где согласно исследованиям М.М. Некрасова и Ю.М. Поплавко приведены диэлектрическая проницаемость и tg d при поле смещения Есм = О (кривые 1 и 3) и Есм = 10 кВ/см (кривые 2 и 4).
Рис.2.3.3 Зависимость диэлектрической проницаемости (1;2) и тангенса угла диэлектрических потерь (3;4) поликристаллического титаната бария при комнатной температуре в слабых переменных полях; 1, 3 - Есм = 0; 2, 4 - Есм = 10 кВ/с
Из рисунка легко заметить, что уменьшение e и возрастание tg d наблюдается в области частот 108-1010 Гц., объясняется оно инерционностью движения доменных границ. При повышении температуры наблюдается рост диэлектрических потерь за счет электропроводности сегнетоэлектрика.
3. Зонная структура и электропроводность
Электропроводность влияет на доменную структуру сегнетоэ