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

Вид материала

Автореферат

Содержание Резниченко Л.А. Лунин Л.С. общая характеристика работы Актуальность темы Pmn-pt), (1 Твердотельные состояния Основные научные положения, выносимые на защиту Надежность и достоверность полученных в работе результатов Основное содержание работы Изготовление измерительных образцов включает две технологические операции: механическую обработку и нанесение электродов. Основные результаты и выводы Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

Подобный материал:

• Особенности фазовых состояний сегнетоэлектрических baTiO 3, knbO 3 и твердых растворов, 450.38kb.
• Процесс кристаллизации и фазовые превращения в сплавах, 26.33kb.
• Спецкурс «Физикохимия полимеров фазовые равновесия и термодинамика полимерных растворов,, 18.13kb.
• Обработка сигналов в радиотехнических системах, 126.5kb.
• Ответственные составители: д Х. н., проф. А. П. Карнаухов, к Х. н. В. Б. Фенелонов, 178.45kb.
• Вопросы вступительных экзаменов в докторантуру PhD по специальности «Материаловедение, 27.1kb.
• 2 Теория твердых растворов, 143.83kb.
• Экспериментальное исследование структуры и свойств твердых растворов силицидов молибдена, 391.2kb.
• Фазовые равновесия и физико-химические свойства в рядах растворов солеЙ элементов iiа-группы, 244.2kb.
• Влияние электромагнитных полей на фазовый состав и структуру жидко-твердых сплавов, 820.51kb.

На правах рукописи

ДЕМЧЕНКО Олеся Александровна

ФАЗЫ, ФАЗОВЫЕ СОСТОЯНИЯ И МОРФОТРОПНЫЕ ОБЛАСТИ В n­КОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМАХ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ

Специальность

01.04.07 – Физика конденсированного состояния


Автореферат

на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук


Ростов-на-Дону

2006

Работа выполнена в отделе активных материалов Научно-исследовательского института физики и на кафедре физики полупроводников физического факультета Ростовского государственного университета в рамках научно-исследовательских работ, выполняемых по заданию Министерства образования и науки Российской Федерации: «Исследование статических и динамических свойств нано- и мезоскопически неоднородных систем, испытывающих структурные и магнитные фазовые переходы», «Создание, исследование структуры и предельных свойств электрически активных материалов на основе соединений кислородно-октаэдрического типа и аморфнокристаллических высокомолекулярных веществ», а также при поддержке Российского Фонда Фундаментальных исследований (гранты N99-02-17575 «Особенности фазовых состояний, возникающих при последовательных структурных превращениях в пространственно – неоднородных кристаллических сегнетоактивных средах», N 02-02-17781 «Несоразмерные фазы, трансляционно модулированные структуры и динамика кристаллической решетки сегнетоактивных соединений кислородно-октаэдрического типа с упорядоченными протяженными дефектами») и грантов РФФИ №05-02-16916а; № 06-02-08035.

Научный руководитель:	Доктор физико-математических наук, профессор Резниченко Л.А.
Научный консультант:	Доктор физико-математических наук, профессор Сахненко В.П.
Официальные оппоненты:	Академик МАН ВШ, заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор физико- математических наук, профессор Лунин Л.С. Доктор физико-математических наук, профессор Куприянов М.Ф.
Ведущая организация:	Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова г. Москва

Защита диссертации состоится “ ” октября 2006 года в 14⁰⁰ часов на заседании Диссертационного Совета Д 212.208.05 по физико-математическим наукам по специальности 01.04.07 – физика конденсированного состояния в Ростовском государственном университете по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, проспект Стачки, 194, НИИ физики РГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке РГУ

по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.


Автореферат разослан « » сентября 2006 года.

Отзывы на автореферат, заверенные печатями учреждения, просим направлять по адресу: 344090, Ростов-на-Дону, проспект Стачки, 194, НИИ физики РГУ, Ученому секретарю Диссертационного Совета Д 212.208.05 к.ф.-м.н. Гегузиной Г.А.

Ученый секретарь Диссертационного Совета

Д 212.208.05 по физико-математическим наукам,

кандидат физико-математических наук,

старший научный сотрудник Гегузина Г.А.

общая характеристика работы

Актуальность темы

Одной из важнейших проблем в современной физике конденсированных сред и, в частности, в физике сегнетоэлектричества (СЭ) является проблема структурных фазовых переходов (ФП). Помимо научного значения, она приобрела большую практическую ценность в связи с особенностями физических свойств сегнетоэлектриков вблизи границ устойчивости фаз. Так, в окрестности морфотропных границ электрофизические параметры достигают экстремальных значений. Эта особенность лежит в основе разработок высокоэффективных СЭ материалов.

Среди последних особое место занимают материалы на основе твердых растворов (ТР) бинарной системы (1-х) PbZrO₃ – x PbTiO₃ (ЦТС), которым свойственны широкий изоморфизм, высокие температуры Кюри и пьезоэлектрические свойства . Будучи достаточно глубоко исследованной с материаловедческой точки зрения, система ЦТС до настоящего времени является недостаточно изученной как объект физического рассмотрения. И только в последнее время (с 1998 г.) она "испытала" "фазовый переход" по числу публикаций, посвященных исследованию ее кристаллической структуры. Такой "ренессанс", несомненно, был обеспечен развитием техники рентгенографического эксперимента, позволившего идентифицировать предсказанную задолго до этих событий промежуточную (моноклинную) фазу в области ромбоэдрически (Р_э) – тетрагонального (Т) перехода, представляющую собой некий "мост" между этими симметриями . "Вал" статей, однако, коснулся лишь избранных концентраций компонентов этой и родственных ей (по морфологии области морфотропного Р_э-Т фазового перехода) систем ((1-х) PbNb_2/3Mg_1/3O₃ – x PbTiO₃ (PMN-PT), (1-x) PbNb_2/3Zn_1/3O₃ – x PbTiO₃ (PZN-PT). Систематическое детальное (с малым исследовательским концентрационным шагом) изучение подобных ТР в широком интервале вариаций содержания компонентов, внешних воздействий, а также при усложнении химических композиций путем конструирования n-компонентных (n > 2) систем ТР не проводилось. К тому же, анализ полученных экспериментальных данных производился без учета кристаллохимических особенностей компонентов и известной пространственной неоднородности керамик, порождающей сложное распределение упругих и электрических сил, в поле которых и происходят ФП.

Принимая во внимание, что система ЦТС остается и по сей день уникальной и практически значимой, а многокомпонентные системы с ее участием составляют основу практически всех известных сегнетопьезоэлектрических материалов, актуальным представляется проведение исследований, направленных на установление закономерностей формирования кристаллической структуры, диэлектрических, пьезоэлектрических и упругих свойств керамик ТР базовых систем ЦТС, PMN-PT и n-компонентных (n = 34) композиций с их участием на основе детальных комплексных (эксперимент, теория) исследований, проводимых в широком интервале концентраций компонентов и внешних воздействий, с учетом кристаллохимических особенностей объектов и того "термодинамического пути", по которому происходит достижение заданных значений параметров состояния. Это и стало целью настоящей диссертационной работы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• выбрать на основе библиографических данных перспективные для последующего исследования системы твердых растворов;
  
• определить в рамках феноменологической теории фазовых переходов условия стабильности ромбоэдрической (Р_э) и тетрагональной (Т) фаз в твердых растворах типа ЦТС, показать возможность и термодинамические пути появления сегнетоэлектрических фаз более низкой симметрии в области Р_э-Т перехода;
  
• изготовить образцы твердых растворов, произведя постадийную оптимизацию регламентов их синтеза и спекания;
  
• произвести рентгенографические исследования, выявить локализацию фаз, фазовых состояний и морфотропных областей;
  
• построить х-Т-диаграммы систем;
  
• провести измерения диэлектрических, пьезоэлектрических, упругих и механических характеристик образцов в широком интервале температур;
  
• установить корреляционные связи состав – структура – свойства;
  
• выбрать на основе полученных экспериментальных данных группы твердых растворов с практически полезным сочетанием электрофизических свойств.
  

Объекты исследования

- Бинарные системы твердых растворов:

ТР1: (1-x)PbZrO₃-xPbTiO₃. (0.37 ≤ x ≤ 0.57) (ЦТС, PZT).

В интервалах 0.37 ≤ x ≤ 0.42 и 0.52 ≤ x ≤ 0.57 исследовательский концентрационный шаг Δx = 0.01; в интервале 0.42 < x < 0.52 исследовательский концентрационный шаг Δx = 0.005;

ТР2: (1-x)PbNb_2/3Mg_1/3O₃-xPbTiO₃. (0 ≤ x ≤ 1.0) (PMN-PT).

В интервале концентраций 0 ≤ x ≤ 0.45 - Δx = 0.01, в интервале концентраций 0.45 < x ≤ 0.95 - Δx = 0.05.

- Тройные системы твердых растворов:

ТР3: 0.98Pb(Ti_xZr_1-x)O₃ – 0.02Ba(W_1/3Bi_2/3)O₃ (0.45 ≤ x ≤ 0.49).

ТР4: 0.98Pb(Ti_xZr_1-x)O₃ – 0.02“SrW_1/3Bi_2/3O₃” (0.45 ≤ x ≤ 0.49).

ТР5: 0.98Pb(Ti_xZr_1-x)O₃ – 0.02”Pb(Nb_1/2Bi_1/2)O₃” (0.45 ≤ x ≤ 0.485).

ТР6: 0.98(Pb_0,9727Sr_0,0273)(Ti_xZr_1-x)O₃-0.02”Pb(Nb_1/2Bi_1/2)O₃”+1вес%PbO (0.45 ≤ x ≤ 0.485).

ТР7: 0.98(Pb_0,9727Sr_0,0273)(Ti_xZr_1-x)O₃-0.02”Pb(Nb_1/2Bi_1/2)O₃”+2вес%PbGeO₃ (0.45 ≤ x ≤ 0.485). Во всех исследуемых концентрационных интервалах ТР3-ТР7 Δx = 0.005.

- Четырехкомпонентная система 0.98(xPbTiO₃ - yPbZrO₃– zPbNb_2/3Mg_1/3O₃) – 0.02PbGeO₃

ТР8 (I разрез системы): 0.37 ≤ x ≤ 0.57, y = 1-x-z, z = 0.05.

В интервалах концентраций 0.37 ≤ x ≤ 0.425, 0.515 < x < 0.57 - Δx = 0.01, в интервале концентраций 0.425 ≤ x ≤ 0.515 - Δx = 0.005;

ТР9 (III разрез системы): 0.11 ≤ x ≤ 0.50, y = 0.05, z = 1-x-0.05.

ТР10 (V разрез системы): 0.23 ≤ x ≤ 0.52, y = z = (1-x)/2.

Во всех исследуемых концентрационных интервалах ТР9 и ТР10 Δx = 0.01