CC BY
9Физика и материаловедение
УДК 537.226
О.В. Ефимова, Е.В. Стукова
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОМПОЗИТА (NaNO2W(LiNbO3)*
Исследованы диэлектрические свойства сегнетоэлектрического композита (NaNO2)1.:/(LiNbO3)x для х=0,05, 0,10, 0,30, 0,50. Показано, что температура перехода в параэлектрическую фазу не зависит от объемной доли ниобата лития в композите и соответствует температуре перехода в чистом поликристаллическом нитрите натрия, при этом максимума, соответствующего переходу в несоразмерную фазу в нитрите натрия, не наблюдается. С увеличением объемной доли ниобата лития в образцах композита значения диэлектрической проницаемости в максимуме уменьшаются.
Ключевые слова: сегнетоэлектрик, диэлектрическая проницаемость, композит, фазовый переход, спонтанная поляризация.
INVESTIGATION OF DIELECTRIC PROPERTIES OF THE FERROELECTRIC COMPOSITE (NaNO2) U (LiNbO3) *
The paper investigated the dielectric properties of ferroelectric composite (NaNO2)1J(LiNbO3)x for x = 0,05, 0,10, 0,30, 0,50. It is shown that the transition temperature to the paraelectric phase does not dependon the volume fraction of lithium niobatecomposite and corresponds to the transition temperature in pure polycrystalline sodium nitrite. There we can't see a maximum corresponding to the transition toincommensurate phase in sodium nitrite. With the increase in the volume fraction of the lithium niobatein composite samples permittivity values at the maximum decrease.
Key words: ferroelectric, permittivity, composite, phase transformation, spontaneous polarization.
Неоднородные сегнетоэлектрические материалы, состоящие из различных по своим свойствам компонентов, находят все более широкое применение в устройствах электроники. Исследования свойств сегнетоэлектрических композитов, перспективных в плане такого применения, находится на начальном этапе. В ходе исследований этих материалов было обнаружено, что здесь наблюдается взаимное влияние компонент на свойства композитного материала [1-3]. В данной работе исследуется влияние включений частиц LiNbO3 на диэлектрические свойства образцов композита (NaNO2W(LiNbO3)*.
40
Вестник АмГУ
Выпуск 71, 2015
Нитрит натрия (№N0^ - сегнетоэлектрик со структурой, относящейся к объемно-центрированной ромбической группе. При нагреве при ТС ~ 163°С происходит сегнетоэлектрический фазовый переход в несоразмерную фазу, стабильную в температурном интервале 1 - 1,5°С, затем в параэлек-трическую фазу [4].
Ниобат лития - одноосный сегнетоэлектрик со структурой, реализующейся в пространственной группе симметрии R3C. Кристаллы LiNb03 имеют решетку АВ03 с кислородными октаэдрами, соединенными своими гранями вдоль полярной оси с третьего порядка. Температура Кюри составляет Тс - 1210°С [4].
В ходе эксперимента исследовались образцы композита (NaN02)1_x/(LiNb03)x с объемными долями включений х=0,05, 0,10, 0,30, 0,50.
Порошки нитрита натрия и ниобата лития, взятые в соответствующих объемных долях, перемешивались, затем смесь прессовалась под давлением 6000 кг/см2 в таблетку с диаметром 12 мм и толщиной ~ 1мм. Измерение диэлектрической проницаемости проводились в температурном интервале от 60°С до 180°С, со скоростью 1 град/мин, на частотах 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц, 1 МГц с помощью измерителя импеданса LCRmetr Н10К1 3532-50. В качестве электродов использовалась 1п^а паста. Для удаления адсорбированной воды образцы композита предварительно прогревались в печи в течение 20 минут при температуре 120°С.
На температурных зависимостях диэлектрической проницаемости образцов композита (NaN02)1_x/(LiNb03)x при нагреве (рис. 1,а) наблюдается максимум при температуре 166 оС, соответствующий переходу в параэлектрическую фазу, как и у чистого нитрита натрия. Пик на кривой, соответствующий несоразмерной фазе отсутствует. Значения диэлектрической проницаемости в максимуме для образца композита (NaNO2)0,95/(LiNbO3)0,05 выше, чем для образца чистого нитрита натрия. С увеличением в композите объемной доли ниобата лития до 0,5 значения диэлектрической проницаемости снижаются и становятся меньше, чем для чистого нитрита натрия. Для образцов композита (NaN02)1_x/(LiNb03)x, как и для чистого поликристаллического нитрита натрия, наблюдается низкочастотная дисперсия (рис. 1,б).
120
140
160
I °с.
а)
Рис. 1. Температурные зависимости диэлектрической проницаемости: а) на частоте 10 кГц для образцов композита (NaN02)1_x/(LiNb03)x при нагреве; б) на разных частотах
для образца (NaNO2)0,70/(LiNbO3)0,30.
Для обсуждения полученных результатов рассмотрим сегнетоэлектрический композит (NaN02)1_x/(LiNb03)x как массив микрочастиц ниобата лития, находящихся в матрице нитрита натрия на некотором расстоянии друг от друга. Плотность свободной энергии Гиббса такой системы будет
равна сумме энергии частиц, энергии их связи и энергии взаимодействия частиц с окружающей матрицей [3]:
Fdd ~
I,(P + «Е*)=х, PX +{е-1)(E*)2 «X,[рХ + ф:)],
где Р* - спонтанная поляризация частиц включений; Е* - эффективное поле, действующее на ьй диполь со стороны ближайших частиц; а - поляризуемость частиц включений; в - диэлектрическая проницаемость частиц включений.
Согласно данной формуле, на энергию взаимодействия частиц более сильное влияние оказывает величина диэлектрической проницаемости, чем спонтанная поляризация частиц.
Возможно, что уменьшение диэлектрической проницаемости композита (NaNO2)1_x/(LiNbO3)x с увеличением объемной доли ниобата лития в образцах связано с большими значениями спонтанной поляризации и одноосносностью ниобата лития. Предположим, что внутреннее поле создается матрицей в сегнетофазе и одинаково для всех композитов. Вблизи спонтанно поляризованных частиц включений возникают электрические поля. А так как частицы ниобата лития могут быть направлены хаотично, то результирующий вектор поляризации частицы и расположенной вблизи матрицы может оказаться противоположно направленным по отношению к другому вектору поляризации, что приведет к уменьшению электрического поля.
Таким образом, по результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы: температура перехода в параэлектрическую фазу не зависит от объемной доли ниобата лития в композите и совпадает с температурой перехода чистого поликристаллического нитрита натрия; максимум, соответствующий переходу в несоразмерную фазу в нитрите натрия, не наблюдается; установлено, что с увеличением объемной доли ниобата лития в образцах композита значения диэлектрической проницаемости при нагреве уменьшаются.
1. Стукова, Е.В. Изменение области существования несоразмерной фазы в сегнетоэлектрическом композите (NaNO2);.x(BaTiO3)x / Е.В. Стукова, Е.Ю. Королева, Т.А. Трюхан, С.В. Барышников // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского гос. политехнического ун-та. - 2012. - № 2. - С. 46-52.
2. Stukova, E.V. Expansion of the ferroelectric phase temperature interval in the composites (KNO3);_x-(BaTiO3)x and (KNO3);-x-(PbTiO3)x / E.V. Stukova, S.V. Baryshnikov // World Journal of Engineering. - 2010. - № 3. -P. 1055-1057.
3. Stukova, Elena V. Dielectric investigation of the composites based on thiourea/ Elena V. Stukova , Sergey V. Baryshnikov , Ekaterina Yu. Koroleva, Alexey Yu. Milinskiy // St. Petersburg Polytechnical University Journal: Physics and Mathematics. - 2015. - Volume 1, Issue 1. - P. 9-14.
4. Смоленский, Г.А. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики. / Г.А. Смоленский, В.А Боков, В.А. Ису-пов, Н.Н. Крайник, Р.Е. Пасынков, М.С. Шур. - Л.: Наука, Ленингр.отд., 1971. - 476 с.
