Механизмы поляризации и диэлектрический отклик керамики феррониобата свинца

• Автор: Барабанова, Екатерина Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1 Электрофизические свойства сегнетоэлектрической керамики
1.1.1. Оксиды семейства перовскита
1.1.2. Сегнетоэлектрики с размытым фазовым переходом
1.1.3. Керамические материалы
1.1.4. Феррониобат свинца
1.2 Теория диэлектрической релаксации
1.2.1. Дисперсия диэлектрической проницаемости и время релаксации
1.2.2.Диаграммы дисперсии диэлектрической проницаемости
Постановка задачи
Глава 2. Методики экспериментов и исследуемые образцы
2.1. Измерение диэлектрических характеристик
2.2. Исследование профиля поляризации
2.3. Измерение коэффициента тепловой диффузии
2.4. Исследуемые образцы
Глава 3. Результаты экспериментов и их обсуждение
3.1. Структурные характеристики керамики феррониобата свинца
3.2. Диэлектрические свойства стехиометрического и нестехиометрических составов керамики РГК
3.2.1. Неотожженые образцы
3.2.2. Отожженные образцы
3.2.3. Времена релаксации
3.2.4. Температурные характеристики отожженного и неотожженного образцов керамики РТТ4
3.3. Электрические свойства керамики PFN
3.3.1. Влияние проводимости на постоянном токе на диэлектрический отклик керамики РРК
3.3.2. Расчет энергии активации проводимости и анализ механизма проводимости
3.3.3. Схема замещения
3.4. ГГироэлектриеские свойства керамики РРК
Заключение о основные выводы
Список литературы
Приложение

Введение
В настоящее время в физике конденсированного состояния повышенное внимание уделяется изучению систем с неупорядоченной структурой. Актуальным научным направлением является установление связи элементов структуры таких объектов с их электрофизическими свойствами и фазовыми переходами. К таким материалам относятся твердые растворы сложных оксидов семейства перовскита, обладающие сегнетоэлектрическими свойствами. Сегнетоэлектрики - это вещества, кристаллическая структура которых допускает существование в некотором диапазоне температур и давлений спонтанной электрической поляризации (отличного от нуля результирующего дипольного момента единицы объема образца), модуль и пространственная ориентация которой могут быть изменены под действием внешнего электрического поля. Помимо электрически переключаемой спонтанной поляризации, сегнетоэлектрики обладают целым спектром полезных для приложений физических свойств, среди которых особенно выделяются высокая, резко анизотропная и зависящая от внешнего электрического поля диэлектрическая проницаемость, прямой и обратный пьезоэлектрический, а, также пироэлектрический, эффекты.
Свинецсодержащие сегнетоэлектрики с размытым фазовым переходом широко применяются в качестве материалов для многослойных конденсаторов, что обусловлено наличием у них высоких значений пробойных полей и диэлектрических постоянных. В последние годы эти материалы все чаще находят свое применение в микроэлектронике и системах 4EMS (микроэлектромеханических системах).
Керамика феррониобата свинца РЬ2РеКгЬ06 (РРЫ) является представителем этого класса сегнетоэлектриков. Как и в других тройных оксидах семейства перовскита с общей формулой А(В'о,5В"о,5)03, физические свойства феррониобата свинца сильно зависят от степени композиционного упорядочения (степени упорядочения в размещении ионов В'(Ре) и В"(№>) по

одинаковым кристаллографическим положениям). В свою очередь, степень упорядочения определяется множеством таких факторов, как условия изготовления, хранения, отжиги и др.
Керамика РБЫ относится к сегнетомагнетикам - материалам, сочетающим в себе электрическую и магнитную подсистемы. Они привлекают большое внимание исследователей из-за возможности создания принципиально новых устройств, например, устройств памяти, запись на которые производится электрическим полем, а считывание - магнитным, а также устройств, используемых в СВЧ- и сенсорной технике.
Благодаря всем перечисленным выше особенностям керамика феррониобата свинца является материалом, широко исследуемым и вызывающим постоянно растущий интерес. Несмотря на большое количество экспериментальных и теоретических исследований, отсутствует однозначная интерпретация некоторых экспериментальных результатов исследования физических, в частности диэлектрических и структурных, свойств, полученных разными авторами. Так, например, в отличие от большинства подобных керамик, вопрос о существовании релаксорных свойств в керамике РБМ (т.е. зависимости положения максимума на температурной зависимости диэлектрической проницаемости от частоты) остается открытым. Аналогично остается не решенной задача о существующих в данных материалах фазовых переходах.
Широкие возможности для фундаментальных исследований и практических применений керамики РТЫ обусловлены сильным влиянием примесей и нарушения стехиометрии состава на их диэлектрические свойства. Поэтому оптимизация физических свойств РБЫ путем варьирования химического состава является одной из важных задач, поскольку отступление от стехиометрии позволяет изменять физические свойства керамики феррониобата свинца, что представляет как научный, так и практический интерес.

(независимых) релаксационных процессов. Ключевой проблемой такого подхода остается отсутствие расчетов этой функции в рамках какой-либо физической модели. Функция распределения времен релаксации выводится из эмпирических законов Коула-Коула, Девидсона-Коула, Кольрауша-Вильяса-Ватса, Гаврильяка-Негами и др., описывающих реальный диэлектрический отклик.
Теория Коула-Коула является модификацией теории Дебая, выражающейся в утверждении, что диэлектрическая среда характеризуется не одним фиксируемым температурно-зависимым временем релаксации, а некой совокупностью времен, симметрично распределенных около центра группирования те- наиболее вероятного времени релаксации. Выводы теории исходят из следующего соотношения:
где А, = 2ц//тс - ширина спектра времен релаксации, ц/ - угол раствора диаграммы. Значение г., вычисляется по формуле:
Наиболее общей теорией, предполагающей асимметричное распределение времен релаксации, присущих диэлектрической среде, является теория Гаврильяка-Негами. Выводы теории базируются на следующем соотношении:
где а-асимметричность спектра времен релаксации.
Но многочисленные эксперименты с разными типами диэлектриков, сегнетоэлектриков, полупроводников, полимеров и биологических объектов свидетельствуют о крайне редкой применимости соотношения Дебая
(12)
1 + (/соте)1 Х “
(13)