CC BY
17УДК 537.226
Е.В. Стукова, И.В. Гресс
ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ КОМПОНЕНТОВ НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОМПОЗИТА (NaNO2)1-x/(BaTiO3)x
Исследовано влияние размеров частиц включений титаната бария на диэлектрические свойства и температуры фазовых переходов в сегнетоэлектрическом композите (NaNO^uJBaTiO^x, Показано, что размер частиц включений оказывает влияние на диэлектрические свойства композита, но не влияет на температуру перехода в параэлектрическую фазу.
Ключевые слова: сегнетоэлектрик, диэлектрическая проницаемость, композит, фазовый переход, спонтанная поляризация.
THE MUTUAL INFLUENCE OF THE COMPONENTS ON THE DIELECTRIC PROPERTIES OF FERROELECTRIC COMPOSITE (NaNO2W(BaTiO3)x
The article touches upon the issue of the influence of particle size in the inclusions of barium titanate on dielectric properties and phase transition temperatures in ferroelectric composite (NaN02)1^x/(BaTi03)^ It is shown that particle size in the inclusions affects the dielectric properties of the composite, but it doesn't exert influence on the temperature of transition into the paraelectric phase.
Key words: ferroelectric, permittivity, composite, phase transition, spontaneous polarization.
Композитные материалы на основе сегнетоэлектриков обладают нелинейными свойствами, изменяющими свои характеристики в зависимости от внешних воздействий. Использование вместо обычных материалов сегнетокомпозитов позволяет не только объединять в одном материале свойства его компонентов, но и получать качественно новые свойства или аномально высокие значения известных характеристик.
Нелинейная зависимость величины диэлектрической проницаемости от поля способствует созданию материалов с управляемыми диэлектрическими свойствами за счет изменения долей примесей в композите и изменения размеров частиц компонент.
В последнее время композиты на основе сегнетоэлектриков рассматриваются как перспективные материалы для создания элементов энергонезависимой памяти и управляемых элементов для устройств СВЧ и оптического диапазона. Еще одним из перспективных вариантов применения сегнетоэлектрических композитных материалов может быть их использование в качестве так называемых фотонных кристаллов в оптоэлектронных устройствах и квантовых компьютерах.
В данной работе представлены результаты исследований диэлектрических свойств сегнетоэлектрических композитов (КаК02)0,7/(ВаТЮ3)0,3 с одинаковым составом, но изготовленных по разной технологии.
Чистый нитрит натрия (КаК02) является сегнетоэлектриком при комнатной температуре со структурой, принадлежащей к объемно-центрированной ромбической группе. При Т = Тс ~ 163°С происходит сегнетоэлектрический фазовый переход. Особенность фазового перехода в нитрите натрия заключается в том, что сегнетоэлектрическая упорядоченная фаза отделена от неупорядоченной параэлектрической фазы с орторомбической симметрией несоразмерной фазой, стабильной лишь в узком температурном интервале около 1— 1,5 К [1].
В кристаллах титаната бария присутствуют три фазовых перехода, сопровождающиеся изменением структуры и свойств. При температуре 5°С ВаТЮ3 является сегнетоэлектриком, имеющим тетрагональную симметрию класса Р4пт. Температура Тс= 120°С для титаната бария является точкой Кюри, выше 120°С ВаТЮ3 становится параэлектриком и имеет кубическую кристаллическую структуру типа первоскрит [2].
В данной работе представлены результаты исследования влияния частиц титаната бария на диэлектрические свойства сегнетоэлектрического композита (КаК02)1-х/(ВаТЮ3)х. Цель работы заключается в исследовании влияния частиц титаната бария на диэлектрические свойства этого сегнетоэлектрического композита.
Для приготовления образца № 1 смешивались порошки нитрита натрия и титаната бария с размером частиц от 3 до 5 мкм в равных объемных долях. Полученная смесь прессовалась в таблетку, параметры которой совпадают с параметрами предыдущих образцов. Для приготовления образца № 2 керамический титанат бария, предварительно поляризованный при и = 575 В, измельчался и просеивался через сито. Затем частицы измельченной керамики ВаТЮ3 размерами от 5 до 50 мкм смешивались с частицами нитрита натрия, также в равных объемных долях Из полученных смесей под давлением 6000 кг/см2 прессовались таблетки толщиной ~ 1мм и диаметром 12 мм.
Перед началом диэлектрических измерений с помощью РЭМ были получены изображения поверхностей образцов, которые представлены на рис. 1.
Из рисунка следует, что образец № 1 имеет более однородную структуру и частицы исходных компонент распределены в нем достаточно равномерно. В образце № 2 частицы включений имеют гораздо больший разброс по размерам.
На рис. 2 представлены температурные зависимости диэлектрической проницаемости образцов № 1 и № 2, полученные на частоте 100 кГц.
Из графиков видно, что максимум, соответствующий переходу в параэлектрическую фазу, наблюдается при 166°С, что превышает значение для чистого нитрита натрия на 1-2 градуса. При этом температура перехода в параэлектрическую фазу не зависит от объемной доли частиц титаната бария, как было показано в [3], и не зависит от размера частиц включений.
D2.0 х500 200 um JM-1K0 1S33 Рис. 1. Изображение поверхностей образцов (NaNO2)1-x/(BaTiO3)x, при x = 0,5 (x500).
900
600
- —•- образец № 1
-ж-образец №2 1 \
л
»—♦—•—•—»—•— 1 ——"" t, 0 1 1 1 1
Рис. 2. Температурные зависимости диэлектрической проницаемости образцов
на частоте 500 кГц.
Фазовый переход сегнетоэлектрическая - несоразмерная фаза у образцов отсутствует в отличие от чистого нитрита натрия и от образцов с х = 0,05 и 0,1.
Размер частиц включений влияет на значения диэлектрической проницаемости образцов. Так, диэлектрическая проницаемость образца № 1 примерно в 1,5 раза меньше диэлектрической проницаемости образца № 2 в максимуме. Это можно объяснить тем, что образец № 2 включает керамические частицы титаната бария, которые были предварительно поляризованы, что оказывает большее влияние на свойства композита.
Помимо того, в порах керамических частиц может оставаться адсорбированная вода, дающая дополнительный вклад в диэлектрическую проницаемость.
1. Лайнс, М. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы / пер. с англ.; под ред. В.В. Леманова, Г. А. Смоленского / М. Лайнс. А. Глас. - М.: Мир, 1981. - 736 с.
2. Струков, Б.А. Физические основы сегнетоэлектрических явлений в кристаллах / Б.А. Струков, А.П. Леванюк. - М.: Наука, 1995. - 302 с.
3. Стукова, Е.В. Изменение области существования несоразмерной фазы в сегнетоэлектрическом композите (№К02)1-х(ВаТЮ3)х / Е.В. Стукова, Е.Ю. Королева, Т.А. Трюхан, С.В. Барышников // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2012. - № 2. - С. 22-27.
