Исследование объёмных и наноструктурированных сегнетоэлектриков методом нелинейной диэлектрической спектроскопии

• Автор: Шацкая, Юлия Алексеевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Благовещенск
• Количество страниц: 128 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ПРИРОДА НЕЛИНЕЙНОСТИ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ

1.1 Теоретические представления о структурной неустойчивости в сегнетоэлектриках

1.2 Особенности сегнетоэлектрических свойств наноматериалов

1.3 Нелинейная диэлектрическая восприимчивость и методы её измерения

1.4 Экспериментальные результаты исследования нелинейных эффектов в объёмных сегнетоэлектриках

1.5 Экспериментальные результаты исследования нелинейных эффектов в

наноструктурированных сегнетоэлектриках

ГЛАВА 2 МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ

2.1 Диэлектрические измерения

2.2 Калориметрические исследования сегнетоэлектриков
2.3 Нелинейная диэлектрическая спектроскопия как метод исследования сегнетоэлектриков
2.4 Приготовление образцов и их основные характеристики
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЪЁМНЫХ И НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ МЕТОДОМ НЕЛИНЕЙНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
3.1 Зависимость нелинейных свойств монокристалла ВаТЮ3 от наличия дефектов
3.2 Исследование ТвБ в наноразмерных силикатных матрицах методом нелинейной диэлектрической спектроскопии
3.3 Линейные и нелинейные свойства сегнетоэлектрических композитов
3.4 Диэлектрические и калориметрические исследования КЖ)3 в порах наноразмерных силикатных матриц МСМ
3.5 Генерация высших гармоник в антисегнетоэлектриках и релаксорах
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Основными свойствами сегнетоэлектриков, благодаря которым они представляют интерес для науки и техники, являются большая диэлектрическая проницаемость 8 в определенном температурном интервале, наличие спонтанной поляризации Р„ а также зависимость к и Рк от напряженности приложенного электрического поля Е, т.е. диэлектрическая нелинейность. Одним из наиболее чувствительных методов исследования е(Е, Т) и РХ(Е, Т) является метод нелинейной диэлектрической спектроскопии (НДС), который позволяет достаточно полно исследовать сегнетоэлектрические фазовые переходы. Метод НДС заключается в генерации гармоник второго и более высоких порядков и сравнении полученных результатов с данными линейных диэлектрических измерений. Анализируя поведение гармоник, можно в одном температурном цикле определять такие параметры, как диэлектрическую проницаемость, спонтанную поляризацию, тип фазового перехода, рассчитывать коэффициенты разложения Ландау-Гинзбурга. Метод НДС также позволяет определять температуру исчезновения Р3, следовательно, его удобно использовать для исследования как объёмных, так и наноструктурированных сегнетоэлектриков.
Цель диссертационной работы - выявление особенностей нелинейных свойств различных объёмных и наноструктурированных сегнетоэлек-трических материалов.
В качестве объектов исследования были выбраны монокристалличе-ские образцы ВаТЮз и Т08, поликристаллические ЮЧОз и ВаТЮз, антисегнетоэлектрическая керамика PbZrOз, релаксор
[РЬ(Мё1/зКЬ2/з)Оз]о.55+[РЬ(8с]/2НЬ1/2)Оз]о.45 (РМЫ-8В>0, сегнетоэлектрические композиты (ТС8)]_х(ВаТЮз)л и (ТС8)1.ДРЬТ10з)л(х = 0.1 и 0.3), нанокомпозиты на основе пористых матриц (опаловой, 8ВА-15, МСМ-41) с внедрениями ТС8иКЫ03.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:
]. Разработать методику и создать экспериментальную установку для температурных исследований амплитуд высших гармоник.
2. Исследовать температурные зависимости комплексной диэлектрической проницаемости и амплитуды третьей гармоники для объёмных, композитных и наноструктурированных сегнетоэлектриков.
3. Методом генерации третьей гармоники изучить влияние ограниченной геометрии на основные свойства сегнетоэлектриков, внедрённых в поры наноразмерных матриц.
Научная новизна
1. Впервые методом генерации третьей гармоники исследованы нелинейные диэлектрические свойства триглицинсульфата (ТС8), внедрённого в мезопористые силикатные матрицы 8ВА-15 с размером каналов-пор 5.2 нм, и обнаружено существование полярных областей выше фазового перехода вплоть до 57 °С.
2. Исследованы диэлектрические и нелинейные свойства КЖ)з, введённого в поры молекулярных решёток МСМ-41 с размером каналов-пор 3.7 и 2.6 нм, методом НДС. Обнаружено, что для нанокомпозитов с нитратом калия сегнетоэлектрическая фаза формируется не только при охлаждении, но и при нагреве.
3. Методом НДС обнаружено, что включения малых частиц (5 - 30 мкм) ВаТЮ3 и РЬТЮз в ТО8 приводят к повышению температуры фазового перехода ТС8 на 5 и 3 °С, соответственно, и появлению температурного гистерезиса на зависимостях £/зи(7).
Основные положения, выносимые на защиту
1) Температуры трёх фазовых переходов для дефектных кристаллов ВаТЮз (после обработки ионами гелия) смещаются в сторону высоких температур и фазовые переходы размываются. Для дефектных кристаллов

различные амплитуды гармоник. Зависимость Ап(Е=) при фиксированных температурах обнаруживала гистерезис (см. рис. 1.8, 1.9). При этом для А2 при достаточно низких температурах наблюдался максимум при определенной величине Е= (рис. 1.9).
Рис. 1.9. Зависимость А2(Е=) при фиксированных температурах: -269.3 °С (), -267.5 °С (+), -261 °С (о). Е0 = 200 В/см, го = 10 кГц [134].
Таким образом, в широкой области температур при Т < -223 °С наблюдается сильная нелинейность диэлектрической восприимчивости, а также различие режимов Х¥С и БС для гармоник и гистерезисные явления при приложении постоянного поля. Следовательно, в БгТЮз при температурах Т < -233 °С имеются крупномасштабные корреляции поляризации, которые возникают в параэлектрической области в непосредственной близости к фазовому переходу. Для 8гТЮ3 эта область достаточно широка. Размытие фазового перехода может быть обусловлено взаимодействием сегнетоэлектрического и структурного параметров порядка.
Авторами работы [125] были исследованы температурные зависимости реальных частей линейной и нелинейной третьего порядка хз восприимчивостей для кристалла ВаТЮз, находящегося в параэлектрическом состоянии. Амплитуда зондирующего переменного электрического поля была равна 75 В/см. В параэлектрической фазе Хз была положительна, причем ее значения
гораздо меньшие, чем в сегнетоэлектрической фазе. Положительный знак Хз