Текстурированная стеклокерамика на основе борогерманата лантана и стилвеллитоподобных твердых растворов

• Автор: Орлова, Елена Валерьевна
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1. Обзор литературы

1.1. Области применений, преимущества и недостатки поликристаллических неорганических пироэлектриков

1.2. Пироэлектрическая текстурированная стеклокерамика

1.2.1. Текстурированная стеклокерамика на основе

сегнетоэлектриков ЬаВе и РЬзе 1

1.2.1.1. Структура, диэлектрические, электрофизические и пироэлектрические свойства кристаллического ЬаВОеО. и ЬаВБОз

со структурой стилвеллита

1.2.1.2. Возможные пути получения пироэлектрических

материалов на основе сти л вел литоподобного ЬаВСе

1.2.1.3. Ориентированная поверхностная кристаллизация лантаноборогерманатных и свинцовогерманатных стекол
1.2.1.4. Проблема получения стеклокристаллических
текстур с воспроизводимыми свойствами
1.2.2. Методы измерения пироэлектрического эффекта
1.2.2.1. Статический метод
1.2.2.2. Квазистатический метод
1.2.2.3. Динамический метод
1.2.2.4. Результаты исследований пироэлектрических свойств ТСК
в ЛБГ системе
1.3. Выводы из обзора литературы
2. Цель работы и обоснование основных направлений исследования
3. Методика эксперимента
3.1. Методики синтеза ЛБГ стекол 4
3.1.1. Выбор составов, приготовление шихт,, синтез ЛБГ стекол
3.1.2. Коррекция шихты с учетом летучести оксида бора
3.1.4. Подготовка образцов стекол для текстурирования
3.2. Кристаллизация стекол с образованием текстуры ЬаВОеС5
3.3. Подготовка образцов текстур для поляризации
и электрофизических исследований
3.3.1 .Поляризация образцов
3.4. Структурные методы исследований
3.4.1. Дифференциальнотермический анализ
3.4.2. Рентгенографический анализ степени текстурирования закристаллизованных стеклокристаллических пластин
3.4.3. ИК спектроскопия
3.4.4. Спектроскопия КР
3.4.5. Растровая электронная микроскопия
3.4.6. Ядерный магнитный резонанс ЯМР
3.5. Физические методы исследований
3.5.1. Диэлектрические свойства е, в зависимости от температуры
при частотах от 1 кГц до МГц
3.5.2. Генерация второй оптической гармоники ГВГ
3.5.4. Коэффициент пироэлектричества
3.5.5. Температуропроводность
4. Результаты эксперимента и их обсуждение
4.1. Разработка высокоэффективных пироэлектрических текстур
на основе стилвеллита и стилвеллитоподобных твердых растворов
4.1.1. Влияние технологических факторов на текстурообразование и воспроизводимость свойств закристаллизованных ЛБГ стекол
4.1.2. Составление шихты и введение поправок на улетучивание.
Влияние отеклонения состава стекла от стехиометрии ЬаВ0е
на процесс текстурообразования
4.1.3.Температурные области объемного нуклеироваиия
и текстурообразован ия в стеклах ЛБГ системы
4.1.3.1. Область температур С
4.1.3.2. Рекомендации по отжигу ЛБГ стекла
4.1.3.3. Область температур свыше 0С
4.2. Исследование структуры ЛБГ стекол
4.2.1. О структурном подобии ЛБГ стекла и кристаллов
стилвеллита ЬаВСеС5
4.2.2. Строение лантаноборогерманатных стекол по данным колебательной спектроскопии
4.2.3. О влиянии добавок глинозема на структуру и кристаллизационные свойства ЛБГ стекол
4.2.4. Рекомендации по выбору материала тигля для варки текстурообразующих ЛБГ стекол.
4.3. Получение пироэлектрических текстур кристаллизацией ЛБГ стекла
4.3.1. Изотермическая кристаллизация в области температур свыше
4.3.2. Кристаллизация под нагрузкой образца
4.3.3. Кристаллизация в поле температурного градиента
4.3.4. Анализ структуры закристаллизованного стекла методом РФ А
и ЭМ
4.3.4.1. Двойное текстурированис в ЛБГ стеклах
4.3.4.2. Влияние сендвичевой текстуры на электрофизические свойства
4.4. Диэлектрические свойства ЛБГ текстур
4.5. Пироэлектрические свойства ЛБГ текстур
4.6. Пироэлектрическая стеклокерамика на основе стилвеллито
подойных твердых растворов ЬаВ ОеХ.Бх.
4.6.1. Твердые растворы ЬаВ0е.х8х со структурой стилвеллита.
4.6.2. Получение текстурированной стеклокерамики на основе стилвелитоподобных растворов системы ГаВ8.ХСех и ее пироэлектрическая активность
Выводы
Список литературы


Поскольку состав ЬаЕЮе лежит в центре области стеклообразования тройной системы Ьаз В2О3 с, в работах была реализована идея получения пироэлектрика на основе ЬаВОеОз в виде текстурированной стеклокерамики ТСК текстуры кристаллов стилвеллита в матрице стекла путем поверхностной ориентированной кристаллизации 4, . Стеклокристаллические текстуры на основе ЬаВСеО в свете изложенного выше становятся весьма перспективным пироматериалом, в котором может быть реализована уникальная комбинация свойств высокое отношение ув при минимальной пьезочувствительности, при этом электросопротивление стилвеллитов выше, чем во всех известных ЦТС керамиках . В работах , , показана возможность получения кристаллической текстуры ЬаВОеОз, обладающей пироэлектрическими свойствами. Материалы, которые обычно используются в пироэлектрических преобразователях излучения сложные оксиды на основе титанатантала или полимеры. Рабочий диапазон спектра пироприемников может быть от ультрафиолета до 0,3 мм. Как правило, он сужается оптическими фильтрами в зависимости от решаемой задачи . Элементы типичного пироприемника изображены на рис. Пироэлектрический элемент имеет минимальные размеры 0,,4 мм2. Общая чувствительность прибора, который может применяться для охранной или пожарной сигнализации, определяется как специфическими характеристиками материалов пироприемников производители их обычно не указывают, так и схемой их включения. Рнс. Промышленно выпускаются пиродатчики на основе монокристаллов танталата лития например, датчики серии I Х германской компании I . Хотя в последние годы стоимость выпускаемых на Западе монокристаллических или пленочных пироэлементов снизилась в результате развития современных технологий, она все же превышает за единицу. Процесс изготовления аналогичного пироэлемента в виде монокристалла или тонких пленок в многокомпонентных оксидных системах значительно более сложен. В России системы температурного контроля и сходные с ними системы пожарной сигнализации например, предлагаемые фирмами , Австрия . США . В России пироэлектрические датчики выпускались опытными партиями Новосибирским НПО Восток ИКприемники МГ на основе органических полициклических полимеров, разработанных в НИОПиК и НПО Светлана, С. Петербург, приемники ПМ3 на основе СЭ керамики по технологии РГУ v Их использование в системах пожарной сигнализации оказалось неэффективным. В настоящее время подобные системы отечественной промышленностью не производятся. В развитых странах пироэлектрики интенсивно разрабатывают также в качестве чувствительных элементов тепловизоров, где они заменяют более громоздкие и дорогие полупроводниковые устройства на квантовых эффектах. По данным обзоров современного состояния разработок в области создания матричных ИКириемников современный мировой рынок продаж приборов ИК диапазона имеет объем около трех миллиардов евро. Из общего объема около одного миллиарда евро составляют системы визуализации теплового излучения. Эта сумма разделена между неохлаждаемыми и охлаждаемыми системами , причем наблюдается устойчивая динамика роста неохлаждаемых систем. I. Гогитгеаб. ЬрРГО7ТШ. Расширение области использования пироэлектрических преобразователей излучения связано с разработкой новых методов получения недорогих и технологичных пироэлектрических материалов с улучшенными характеристиками, а также с разработкой соответствующих электронных схем преобразователей. Характеристики некоторых пироэлектрических материалов приведены в табл. В настоящее время материаловедческая база пироэлектриков существенно отстает от потребностей электроники. Все известные пироэлектрические материалы характеризуются недостаточно высокой пироэлектрической активностью, электрическим . Таблица 1. Материал Тс К У нКлсм2К е ота. ВаЬТЮя фрссноит . Вао. РЬо. РЬ0П1. РЬ1. ХЬауТ1х2пхОг. РЬ8со,5Тао. Получить материалы с лучшими факторами качества. Особенно перспективны материалы, обладающие большим в том числе индуцированным пироэффектом, меньшей диэлектрической проницаемостью и меньшими диэлектрическими потерями на рабочих частотах.