CC BY
17УДК 537.226
Е.В. Стукова, О.В. Ефимова
ВЛИЯНИЕ ВКЛЮЧЕНИЙ ЧАСТИЦ НИОБАТА ЛИТИЯ НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОМПОЗИТА
(NaNO2W(LiNbO3),
Исследовано влияние частиц LiNbO3 на сегнетоэлектрические свойства NaNO2 в композите (NaNO2)1.^(LiNbO3):х Показано, что с увеличением объемной доли частиц ниобата лития (х = 0,1, 0,3 и 0,5) температура перехода в параэлектрическую фазу не изменяется и максимума, соответствующего переходу в несоразмерную фазу. не наблюдается. Диэлектрическая проницаемость при этом уменьшается и отмечается эффект «старения».
Ключевые слова: сегнетоэлектрик, диэлектрическая проницаемость, композит, фазовый переход, спонтанная поляризация.
INFLUENCE OF INCLUSIONS OF LITHIUM NIOBATE PARTICLES ON DIELECTRIC PROPERTIES OF FERROELECTRIC COMPOSITE
(NaNO2)1-x/(LiNbO3)x
The article is about the influence of LiNbO3particles on ferroelectric properties of NaNO2 in the composite (NaNO2)1-x/(LiNbO3)x. The research has indicated that with the increase of volume fraction of lithium niobate particles (x=0,1, 0,3 and 0,5) the temperature of transition into the paraelectric phase doesn't change and there is no maximum for transition into incommensurate phase. At the same time dielectric permittivity is decreased and there is an effect of «aging».
Key words: ferroelectric, permittivity, composite, phase transition, spontaneous polarization.
К настоящему времени получение и исследование свойств сегнетоэлектрических композитных материалов с характерной для них большой диэлектрической проницаемостью и нелинейностью становятся все более актуальными. Это связано с возможностью применять такие материалы в элементах микро- и наноэлектроники. Неоднородные сегнетоэлектрические микро- и наноструктуры, состоящие из различных по своим свойствам компонентов или фаз, становятся более перспективными.
В ряде работ [1-5] обнаружено, что для таких систем возможно взаимное влияние компонент на свойства друг друга. Так, было показано, что для сегнетоэлектрических композитов (KNO3)i_ x/(BaTiOs)x, (KNO3W(KNbO3)x, (KNO3W(PbTiO3)x, (KNO3W(LiNbO3)x наблюдается расширение области существования сегнетофазы для нитрата калия [1-4]. Для композитов (NaNO2)1.x/(BaTiO3)x эффект взаимодействия приводит к значительному росту как действительной, так и мнимой частей диэлектрической проницаемости, а также увеличению температурной области существования несоразмерной фазы [5].
В данной работе исследуется влияние включений частиц LiNbO3 на диэлектрические свойства, температуры фазовых переходов и процессы старения в поликристаллических образцах NaNO2.
Чистый нитрит натрия (№N02) является сегнетоэлектриком при комнатной температуре со структурой, относящейся к объемно-центрированной ромбической группе [6]. При ТС «163°С происходит сегнетоэлектрический фазовый переход. Особенность его заключается в том, что сегнетоэлектрическая упорядоченная фаза отделена от неупорядоченной параэлектрической фазы с орторомбической симметрией несоразмерной фазой, стабильной в узком температурном интервале около 1-1,5°С [7].
Ниобат лития - одноосный сегнетоэлектрик с температурой Кюри ТС ~ 1210°С. Структура ниобата лития реализуется в пространственной группе симметрии Я3с [7, 8]. Хотя кристаллы Ы№Ь03 не обладают перовскитовой структурой, они имеют решетку АВ03 с кислородными октаэдрами, соединенными своими гранями вдоль полярной оси с третьего порядка. В отличие от перовскитовых сегнетоэлектроков относительный сдвиг катионов от возможных неполярных положений очень велик, что указывает на большую спонтанную поляризацию при комнатной температуре 70 мкКл/см2.
В ходе эксперимента исследовались следующие образцы композитов, полученные путем механического смешивания:
образец № 1 - (№а№О2)0,90/(Ы№ЬО3)0,10; образец № 2 - (№аШ2)0,70/(П№Ь03)0,30; образец №3 - (№а№02)0,50/(Ы№Ь03)0,50.
Для приготовления образцов порошки исходных компонентов, взятые в соответствующих объемных процентах, тщательно перемешивались и из приготовленной смеси под давлением 6000 кг/см2 прессовались образцы в виде таблеток диаметром 12 мм и толщиной ~ 1мм.
Диэлектрические исследования проводились на измерителе импеданса ЬСИшйг Н10К1 3532-50, на частоте 10 кГц. Температурный интервал составлял от 60 до 180°С. Измерения проводились в режиме нагрев - охлаждение. В качестве электродов применялась 1п-Оа паста. Температуру измеряли с помощью электронного термометра СЕ№ТЕЯ-304 с хромель-алюмелевой термопарой, точность измерения температуры составляла 0,5°С. 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 (№а№02)1_ х/(Ы№Ь03)х при нагреве (рис. 1) максимум в'(Т) при температуре 166°С соответствует переходу в параэлектрическую фазу, что на 1-2° выше, чем для чистого поликристаллического нитрита натрия.
Рис. 1. Температурные зависимости диэлектрической проницаемости на частоте 10 кГц для образцов композита (№а№02)1_х/(Ы№Ь03)х при нагреве.
Температура перехода в параэлектрическую фазу не зависит от объемной доли ниобата
лития.
Такие же данные были получены и для композитов (КаК02)1-х/(ВаТЮ3)х и (КаК02)1-х/(КК02)х [5]. Значения диэлектрической проницаемости с увеличением объемной доли ниобата лития в образцах композита уменьшаются в отличие от других композитов на основе нитрита натрия [5]. Так, в точке Кюри для образца №1 значение диэлектрической проницаемости составляет 374,59, образца №2 - 327,82, образца №3 - 102,65. Такое влияние частиц включений на свойства композита может быть связано с одноосностью кристаллов ниобата лития.
На рис. 2 представлены результаты трех последовательных измерений температурной зависимости диэлектрической проницаемости для образца № 1. С каждым последующим измерением значения диэлектрической проницаемости в точке Кюри уменьшаются, т.е. наблюдается так называемый эффект старения. Такие же изменения наблюдаются и для образцов других составов.
100 110 120 130 140 I50 160 170
Рис. 2. Температурные зависимости диэлектрической проницаемости для образца № 1 при трех последовательных измерениях при нагреве.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1) температура перехода в параэлектрическую фазу для образцов композита (КаК02)1-х/(Ь1КЬ03)х на 1-2° выше по сравнению с чистым поликристаллическим нитритом натрия и не меняется с увеличением объемной доли частиц ниобата лития;
2) с увеличением объемной доли ниобата лития в образцах композита от х = 0,1 до х = 0,5 значения диэлектрической проницаемости в точке Кюри уменьшаются от 374,59 до 102,65 при нагреве на частоте 10кГц;
3) с каждым последующим измерением образцов значения диэлектрической проницаемости в точке Кюри уменьшаются, наблюдается старение образца.
1. Stukova, E.V. Stabilization of the ferroelectric phase in (KNO3)i-x-(BaTiO3)x composites / E.V. Stukova, S.V. Baryshnikov // Inorganic Materials: Applied Research. - 2011. - Vol. 2, № 5. - Р. 434-438.
2. Стукова, Е.В., Барышников, С.В. Диэлектрические исследования сегнетоэлектрических композитов на основе (KNO3)1-x-(KNbO3)x // Перспективные материалы. - 2011. - № 13. - С. 801-805.
3. Stukova, E.V. Expansion of the ferroelectric phase temperature interval in the composites (KNO3)i-x-(BaTiO3)x and (KNO3)i-x- (PbTiO3)x / E.V. Stukova, S.V. Baryshnikov // World Journal of Engineering. - 2010. - № 3. -P. 1055-1057.
4. Стукова, Е.В. Диэлектрические свойства сегнетоэлектрических композитов на основе KNO3-BaTiO3 и KNO3-LiNbO3 / Е.В. Стукова, В.В. Маслов, С.В. Барышников // Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. - 2011. - №138. - С. 58 - 65.
5. Стукова, Е.В. Изменение области существования несоразмерной фазы в сегнетоэлектрическом композите (NaNO2)1-x(BaTiO3)x / Е.В. Стукова, Е.Ю. Королева, Т.А. Трюхан, С.В. Барышников // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2012. - № 2. - С. 22 - 27.
6. Смоленский, Г.А. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики / Г.А. Смоленский, В.А. Боков, В.А. Исупов, Н.Н. Крайник, Р.Е. Пасынков, М.С. Шур. - Л.: Наука, Ленингр. отд., 1971. - 476 с.
7 Лайнс, М. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы / пер. с англ.; под ред. В.В. Леманова, Г. А. Смоленского / М. Лайнс, А. Гласс. - М.: Мир, 1981. - 736 с.
8. Струков, Б.А. Физические основы сегнетоэлектрических явлений в кристаллах / Б.А. Струков, А.П. Леванюк. - М.: Наука, 1995. - 302 с.
