Исследование пироэлектрических характеристик сегнетоактивных материалов методом тепловых волн

• Автор: Мовчикова, Алёна Александровна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор литературы
§ 1. Пироэлектрический эффект
1.1. Первичный, вторичный и третичный пироэлектрические эффекты
1.2. Термодинамическое описание пироэлектрического эффекта в монодоменном сегнетоэлектрике
1.3. Пироэлектрические методы исследования сегнетоактивных материалов
2.1. Кристаллическая структура кристаллов 8ВЫ
2.2. Сегнетоэлектрические свойства кристаллов 8ВЫ
§3. Сегнетоэлектрические свойства пьезокерамик на основе твердых растворов ВаСГр.-ДпДОз
Постановка задачи
Глава 2. Методики исследования и обработки результатов
§1. Методы изучения пироэлектрических свойств сегнетоактивных материалов
1.1. Квазистатический метод
1.2. Динамический метод
1.2.1. Метод восстановления профиля поляризации сегнетоэлектриков по частотному спектру пироотклика, при условии синусоидально модулированного теплового потока (ЫМ-метод)
1.2.2. Метод восстановления профиля поляризации сегнетоэлектриков по частотному спектру пироотклика при условии прямоугольно модулированного теплового потока
1.2.3. Метод восстановления профиля поляризации сегнетоэлектриков по временной зависимости пиротока при условии прямоугольно модулированного теплового потока (TSW-мeтoд)
§2. Методы определения коэффициента тепловой диффузии сегнетоэлектриков
2.1. Импульсный метод
2.2. Метод ИК-спектроскопии
§3. Объекты исследования
3.1. Кристаллы ниобата бария-стронция 8гхВа1_хМЬ2Об
3.2. Керамики титаната-станната бария ВаТ11.х8пх03
Глава 3. Пироэлектрические исследования кристаллов SBN
§ 1. Определение коэффициента тепловой диффузии кристаллов SBN
§2. Исследование координатных зависимостей эффективного значения пирокоэффициента в поверхностных слоях кристаллов SBN
2.1. Координатные зависимости эффективного значения пирокоэффициента
в поверхностных слоях поляризованных кристаллов SBN
2.2. Влияние внешних воздействий на распределение эффективного значения пирокоэффициента в поверхностных слоях монокристаллов SBN
2.2.1. Влияние переменных электрических полей
2.2.2. Влияние высокотемпературного отжига
§3. Исследование распределения эффективного значения пирокоэффициента по толщине кристалла SBN
3.1. Беспримесный кристалл SBN
3.2. Влияние примесей Rh и Ей на пироэлектрический профиль кристаллов SBN
§4. Исследование температурной зависимости пирокоэффициента кристаллов SBN
§5. Обсуждение результатов
5.1. Сравнение динамического метода, LIMM и TSWM методов
5.2. Обсуждение причин неоднородного распределения эффективного значения пироэлектрического коэффициента в кристаллах SBN
5.2.1. Роль доменной структуры в неоднородном распределении поляризации
5.2.2. Влияние примесей и внешних воздействий на состояние поляризации кристаллов SBN
5.2.3. Модель объясняющая причины более однородной поляризации примесных образцов
Глава 4. Исследование пироэлектрических свойств керамики BTS
§ 1. Керамика BaTiloiSnx03 однородного состава
1.1. Керамика BTS7.5 и BTS10
1.2. Керамика BTS12
1.3. Керамика BTS15
§2. Керамика ВаТц_хБпхОз с градиентом химического состава
Заключение и выводы
Список литературы
Введение
Актуальность темы. Фундаментальными исследованиями последних десятилетий установлено, что распределение спонтанной поляризации по толщине используемых в промышленности сегнетоэлектриков играет основополагающую роль в их применении. В научном плане важен вопрос о влияние состава сегнетоактивного материала на характер распределения поляризации в образце. При этом имеют значение как однородно поляризованные сегнетоэлектрические образцы, так и материалы с определенным, заранее заданным характером распределения поляризации. Получить сведения о состоянии поляризации полярного диэлектрика позволяют пироэлектрические методы исследования.
Уникальным набором физических свойств, интересных для фундаментальных исследований и различных применений, обладают сегнетоэлектрические материалы на основе твердых растворов, возможность практического использования которых обусловлена сильной зависимостью температуры фазового перехода и релаксорных характеристик от процентного содержания замещающего состава. В растворе титаната-станната бария ВафП х8пх)03 (ВТ8), основным является состав ВаТЮ3, а Ва8п03 - замещающим. В твердых растворах ниобата бария-стронция 8гхВаКхМЬ20б (8ВМ) оксид бария ВаО замещается оксидом стронция БгО.
Кристаллы на основе твердых растворов ниобата бария-стронция относятся к релаксорным сегнетоэлекгрикам (РСЭ) и являются широко исследуемыми объектами физики неоднородных сред. Высокие электрооптические коэффициенты (превышающие электрооптические коэффициента кристаллов группы дигидрофосфата калия и ниобата лития) позволяют использовать 8ВИ для оптического преобразование частот, создания оптической памяти и голографии. Широкие возможности для фундаментальных исследований и практических применений кристаллов 8ВИ обусловлены

Ярким проявлением релаксорных свойств 8ВИ является существование полярных нанодоменов, обнаруженных с помощью электронного микроскопа. Нанодомены можно представить себе как полярные кластеры, возникающие в неполярной матрице. Нанодоменная структура наблюдалась РЕМ методом с использованием атомно-силового микроскопа в БВЫ [45, 66, 67].
7.5 15 цг 7.5 15 цг 0 7.5 15ріті
а) б) в)
Рис. 1.10. Динамики макроскопического 180° домена, поляризованного противоположно окружающей матрице при температуре: а) Т=295 К, б) Т=325 К, в) Т=350 К в малом масштабе (верхние рисунки) и увеличенном (верхние рисунки) [66].
На рис. 1.10 показано тепловое развитие макроскопического 180° домена кристалла БВЫ, легированного Сг (левая колонка) после нагревания от Т=295К до 350 К. Этот домен - остаток предшествующего процесса поляризации. Его поляризация направлена вниз в противоположном направлении нейтральной среде. Верхние рисунки представляет увеличение края домена. Ниже ТтЕ = 320 К доменная стенка довольно гладкая и хорошо определена. При нагревании выше ТтЕ наблюдается постепенное разветвление доменной стенки. Домен и окружающая матрица распадаются на маленькие изолированные полярные кластеры субмикронного размера. Кроме того, контраст (то есть различие в средних значениях поляризации) между областью и ее окружающей средой постепенно исчезает при Т > Тта но неожиданно сохраняется до Т = 350 К. Это не совпадает с поведением нормального сегнетоэлектрического материала и