Geum.ru

Фазы, фазовые состояния и морфотропные области в n ­компонентных системах сегнетоэлектрических твердых растворов

Вид материалаАвтореферат

Содержание


Твердотельные состояния
Основные научные положения, выносимые на защиту
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6

Твердотельные состояния:


Керамики, дисперсно - кристаллического вещества (шихты, синтезированные порошки, измельченные поликристаллы).

Научная новизна


В ходе выполнения предлагаемой диссертационной работы впервые:
  • проведено систематическое, комплексное (включающее разнообразные экспериментальные методы и феноменологические подходы) детальное исследование большого количества систем твердых растворов с морфотропными границами, подобными реализуемым в системе ЦТС;
  • построены фазовые х-Т-диаграммы систем, содержащие в однофазных областях изосимметрийные состояния, характеризующиеся различным поведением структурных и электрофизических параметров, а также участки их сосуществования с постоянством объемов элементарных ячеек. Дано научное истолкование появлению таких состояний в рамках реальной (дефектной) структуры твердых растворов;
  • в бинарных системах ЦТС и PMN-PT в области ромбоэдрически (Рэ)-тетрагонального (Т) перехода обнаружены две промежуточные сегнетоэлектрические фазы более низкой симметрии, одна из которых (моноклинная – в системе PMN-PT) – неустойчива и разрушается при измельчении образцов;
  • в рамках феноменологической теории фазовых переходов показано и экспериментально подтверждено, что на фазовой х-Т-диаграмме системы ЦТС существуют особые линии, обусловливающие появление двух критических точек Кюри, а также существенное увеличение скорости падения диэлектрической проницаемости с понижением температуры;
  • установлено, что в n-компонентных (n = 34) системах твердых растворов на основе ЦТС с подобной морфотропной областью фазовая картина упрощается за счет уменьшения фазовых состояний и промежуточных фаз, а Рэ – Т переход сдвигается в сторону меньшего содержания PbTiO3, что связывается с уменьшением дефектности твердых растворов;
  • в системе ЦТС выявлены три интервала температур (25 С  Т < 270 С, 270 С  Т < 360 С, 360 С  Т  500 С) зависимостей обратной диэлектрической проницаемости, существование которых объясняется в рамках термодинамической теории, а экспериментально они проявляются в виде лежащей вблизи переходов в кубическую фазу "области нечеткой симметрии", положение и протяженность (по температуре) которой зависят от состава твердых растворов, а также области аномального поведения диэлектрической проницаемости и немонотонного изменения параметров ячейки твердых растворов с х  0,49.


Практическая значимость работы
  1. Выделена группа твердых растворов состава 0.98(Pb0,9727Sr0,0273)(Ti0,455Zr0,545)O3  0.02”Pb(Nb1/2Bi1/2)O3” + 2 вес.% PbGeO с высокими температурами Кюри Тс (350  360 С), достаточно высокими относительной диэлектрической проницаемостью 33Т/0 (≥ 1500), пьезоэлектрическими параметрами Kp (0.57  0.58), |d31| (≥ 100 пКл/Н) при низких диэлектрических (tg < 0.02) потерях, предназначенных для устройств, работающих в силовых режимах (пьезодвигателях, ультразвуковых излучателях и пр.).
  2. Выявлена область твердых растворов состава 0,98Pb(Ti0,465Zr0,535)O3 – 0,02Ba(W1/3Bi2/3)O3 с высокими температурами Кюри Тс (≥ 360 С), пьезоэлектрическими параметрами Kp (~ 0.55), |d31| (100 пКл/Н) при средних значениях относительной диэлектрической проницаемости (33Т/0 ≤ 1300), низких диэлектрических (tg < 0.02) потерях, которые возможно использовать в качестве основы высокотемпературных преобразователей с широкой полосой пропускания, эксплуатируемых в среднечастотном диапазоне.
  3. Получены твердые растворы состава 0.98(0,41PbTiO3- 0,295PbZrO3– 0,295PbNb2/3Mg1/3O3) – 0.02PbGeO3, характеризующиеся достаточно высокими значениями температуры Кюри Тс  300 С, относительной диэлектрической проницаемости 33Т/0 =2100, пьезомодулей |d31| = 150 пКл/Н, d33= 345 пКл/Н, пьезочувствительности |g31| = |d31|/ε33T= 8.1 мВ/Н и удельной чувствительности = 8 пКл/Н, учитывающей внутреннее сопротивление приемника ультразвука, перспективные при работе как на нагрузку, так и в режиме холостого хода преобразователей, эксплуатируемых в среднечастотном диапазоне.

Предложены в качестве основ функциональных материалов твердые растворы состава 0.98(0,11PbTiO3-0,05 PbZrO3 – 0,84PbNb2/3Mg1/3O3) – 0.02PbGeO3, которые характеризуются высокой пьезодеформацией ζ33max~2.0 мкм при Е = 10.0 кВ/см, что делает их незаменимыми в устройствах, где требуются большие, управляемые электрическим полем, микроперемещения (порядка нескольких или десятков микрометров).

Основные научные положения, выносимые на защиту


1. В рамках феноменологической теории фазовых переходов показано, что на фазовой х-Т-диаграмме системы ЦТС существуют особые линии, обусловливающие появление двух критических точек Кюри, а также существенное увеличение скорости падения диэлектрической проницаемости с понижением температуры, подтверждаемое совокупностью экспериментальных данных.

2. Вблизи фазового перехода в неполярную кубическую фазу в системе ЦТС обнаружена "область нечеткой симметрии", характеризующаяся слабыми искажениями и температурно-временной нестабильностью кристаллической структуры. По мере обогащения системы титанатом свинца названная область сужается и сдвигается в сторону более высоких температур.

3. Внутри областей существования ромбоэдрической и тетрагональной фаз в изученных системах твердых растворов обнаружена сложная последовательность фазовых состояний, обусловливающая "изрезанность" х-Т-диаграмм систем и концентрационных зависимостей электрофизических характеристик. Возникновение фазовых состояний и сопутствующих им изменений свойств кристаллических сред при сохранении симметрии можно описать в рамках реальной (дефектной) структуры объектов, связанной, в том числе, и с их кристаллохимическими особенностями.

4. Между ромбоэдрической и тетрагональной фазами на х-Т-диаграммах существуют одна или две промежуточные сегнетоэлектрические фазы более низкой симметрии.