Пироэлектрические свойства и состояние поляризации монокристаллов твердых растворов ниобата бария стронция и ниобата бария кальция

• Автор: Лисицын, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛОВ НИОБАТА БАРИЯ СТРОНЦИЯ И НИОБАТ БАРИЯ КАЛЬЦИЯ

1.1 Исследуемые материалы

1.2 Структура типа калий-вольфрамовой бронзы

1.3 Релаксорные свойства сегнетоэлектрических материалов

1.4. Свойства кристаллов БВЫ

1.5. Свойства кристаллов СВМ

Постановка задачи

Глава 2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МЕТОДИКИ

2.1. Исследования пироэлектрических свойств

2.2. Анализ состояния поляризации в сегнетоактивных материалах с использованием ТБАУ метода 55 2,З.Осциллографический метод определения спонтанной поляризации 58 Глава 3. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НИОБАТА БАРИЯ СТРОНЦИЯ И НИОБАТА БАРИЯ КАЛЬЦИЯ
3.1. Температурные зависимости пиротока кристаллов 8ВИ различного состава
3.2. Влияние примесей Ей и ЯЬ на пироэлектрические свойства кристаллов 8ВЫ61
3.3. Температурные зависимости пиротока кристаллов СВЫ различного состава
Глава 4. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИИ В КРИСТАЛЛАХ SBN И CBN .
4.1. Влияние термоциклирования на состояние поляризации
кристаллов БВК
' 4.2. Стабилизация состояния поляризации монокристаллов 8ВЫ
4.3. Влияние внешних воздействий на состояние поляризации
кристаллов СВИ
4.4. Исследование поляризации методом петель диэлектрического гистерезиса
Заключение и основные выводы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
В последние годы пристальное внимание вызывают эффекты, возникающие в твердых телах при наличии в них структурного беспорядка. Особенно это актуально для сегнетоактивных материалов, в которых разупорядочение структуры может способствовать созданию материалов с необходимыми физическими параметрами, такими как определенное распределение спонтанной поляризации, диэлектрической проницаемости, необходимых для практического применения пироэлектрических свойств.
Длительное время внимание исследователей привлекают сегнетоэлектрические кристаллы со структурой типа вольфрамовой бронзы (tungsten bronze (ТВ)) уже благодаря наличию электрооптических, фоторефрактивных, пьезоэлектрических и пироэлектрических свойств, имеющих большие перспективы для практического использования [ 1—4]. Наиболее широко исследуемыми являются кристаллы ниобата бария-стронция (SrxBai_xNb206, SBN) [1, 3, 4], со структурой тетрагональной ТВ. В то же время, сравнительно низкая температура фазового перехода и неоднородность поляризованного состояния по объему образца [1, 5, А-3] кристаллов SBN, делает актуальным поиск новых материалов со структурой типа тетрагональных ТВ на основе ниобата бария. Одним из новых материалов, синтезированным в последнее десятилетие, является кристалл ниобата бария-кальция CaxBai_xNb206 (CBN). Потенциальная возможность их практического применения обусловлена высокой температурой фазового перехода (более 200°С) [7].
Сегнетоэлектрические кристаллы на основе твердых растворов (ниобат бария стронция SrxBai_xNb206 (SBN) и ниобат бария кальция CaxBa!.xNb206 (CBN)) обладают уникальным набором физических свойств, интересных для фундаментальных исследований и различных применений. Возможность практического использования сегнетоактивных материалов на основе твердых растворов в большей степени обусловлено сильной зависимостью температуры

фазового перехода и релаксорных характеристик от процентного содержания замещающего состава. В твердых растворах ниобата бария-стронция SrxBai_xNb206 оксид бария ВаО замещается оксидом стронция SrO, ниобата бария-кальция CaxBa|.xNb206 - оксидом кальция СаО.
Важнейшие физические характеристики и возможные применения сегнетоактивных материалов во многом зависят от величины и характера распределения поляризации по толщине образца. Таким образом, исследование состояния поляризации в сегнетоэлектрических монокристаллах твердых растворов в зависимости от процентного содержания замещающего состава с использованием пироэлектрического метода неразрушающего контроля является актуальной научной задачей.
Целью работы являлось исследование стабильности поляризованного состояния монокристаллов твердых растворов ниобата бария стронция Si-xBa^M^Oö и ниобата бария кальция CaxBai_xNb206 в зависимости от процентного содержания замещающего состава.
В соответствии с целью были поставлены следующие основные задачи:
1. измерение пироэлектрического коэффициента ниобата бария стронция SrxBai_xNb206 и ниобата бария кальция CaxBai_xNb206 в широком интервале температур, включающем температуру фазового перехода;
2. исследование влияния состава на пироэлектрические свойства ниобата бария стронция SrxBai_xNb206 с концентрацией стронция 0,25<Л'<0,75 и ниобата бария кальция CaxBai_xNb206 концентрацией кальция 0.28< X <0,32;
3. экспериментально изучить влияние внешних воздействий (термоциклирование, переменное электрическое поле) на состояние поляризации в монокристаллах ниобата бария стронция SrxBai.xNb206 и ниобата бария кальция CaxBa|.xNb
Научная новизна
Выявлены физические закономерности пироэлектрических свойств и пространственного распределения поляризации монокристаллических твердых

неожиданно сохраняется до Т = 350 К. Это не совпадает с поведением нормального сегнетоэлектрического материала, поэтому авторами [82] высказано предположение о возможности существования локальной памяти изменения симметрии фазы.
В работе [75] продемонстрировано влияние поля, подаваемого на поверхность образца с кантилевера атомно-силового микроскопа на характеристики доменной структуры кристалла В частности,
авторами отмечено наличие зависимости площади домена от времени экспозиции в поле (рис. 1.21).

Рис. 1.21. Зависимость площади домена от времени экспозиции в 8В1ЧШ{1 для исо = 10 и 8 В (кривые 1 и 2 соответственно). На вставке - скорость бокового движения доменной стенки от расстояния до центра зонда [75].
Целый ряд аномалий в области фазового перехода в релаксорных сегнетоэлектриках связывают именно с существованием нанодоменов. Автор работы [84] анализирует дисперсию диэлектрической проницаемости в твердых растворах и полагает, что сформированные при охлаждении нанодомены в релаксорных сегнетоэлектриках являются переключаемыми при температурах Т> Тте и закрепленными при Г< Тте. Релаксационные процессы в