Структурные особенности соединений на основе цирконата-титаната свинца при твердофазном синтезе

ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 6
1.1 Магнитоэлектрические материалы 6
1.2 Соединение цирконата-титаната свинца 7
1.3 Пьезоэлектрические композиционные материалы 8
1.4 Легирование пьезокерамических материалов на основе системы ЦТС 10
1.5 Применение композиционных материалов 14
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 21
2.1 Методы получения цирконата-титаната свинца 21
2.2 Термогравиметрический метод анализа 22
2.3 Рентгенографические методы исследований 23
2.4 Растровая электронная микроскопия 24
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 25
3.1 Результаты термогравиметрических исследований соединений цирконата-титаната свинца при нагревании на воздухе 25
3.2 Результаты рентгенографических исследований соединений цирконата-титаната свинца 29
3.3 Результаты растровой электронной микроскопии 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 38
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 39

Весь текст будет доступен после покупки

В течение многих десятилетий исследователи уделяли особое внимание ферроэлектрическим перовскитным оксидам из-за их различных применений, таких как интегральные устройства памяти, микроволновые устройства, пьезоэлектрические и магнитоэлектрические устройства [1-3]. Материалы на основе цирконата-титаната свинца [PbZr0.52Ti0.48O3] (PZT) обладают ферроэлектрическими свойствами благодаря своим выдающимся физическим свойствам, таким как большая поляризация, большая пьезоэлектричность и электрооптические свойства. Керамические материалы PZT с такими выдающимися физическими свойствами делают их пригодными для различных применений, таких как FRAM, датчики, осцилляторы и преобразователи [4-9]. Превосходное пьезоэлектрическое свойство материалов PZT делает их идеальными материалами для МЭМС-приложений. Эти физические свойства PZT-материалов зависят от колебаний и движения или вибрации доменных стенок (DW) под действием электрического поля, в то время как для устройств памяти требуется достаточное изменение поляризации [10- 12]. Прижатие доменных стенок (ДС) подвижными заряженными дефектами приводит к улучшению механических свойств фактор, который уменьшает механические и диэлектрические потери, даже если он запрещает переключение поляризации [13-15].
Материал PZT используется в качестве датчика тепла, поскольку он обладает отличным пироэлектрическим свойством, благодаря которому при изменении температурных условий между его гранями возникает разность потенциалов. PZT также является ферроэлектрическим материалом, поэтому он демонстрирует спонтанную электрическую поляризацию, которая может быть изменена в зависимости от направления электрического поля. PZT имеет кристаллическую структуру перовскита с небольшим количеством Ti4+ или Zr4+ в решетке крупных двухвалентных ионов Pb2+ . PZT обладает свойствами ферроэлектрика PbTiO3 (Tc=490°C) и антиферроэлектрика PbZrO3 (Tc=230°C) соответственно. Свойства PZT зависят от соотношения циркония и титана (Zr/Ti). Согласно фазовой диаграмме твердый раствор PZT имеет три представительные фазовые области ромбоэдрическую, тетрагональную и морфотропную фазовую границу (MPB). Соответствующее мольное соотношение (Zr/Ti) в составе PZT было установлено (52/48). Электрические свойства материала PZT в составе (Zr/Ti =52/48) достаточно хорошо описаны в литературе [16, 17], и он широко используется в различных приложениях по мере приближения состава к области MPB. Материалы PZT имеют большую диэлектрическую проницаемость, пьезоэлектрическую эффективность и эффективность полинга, когда концентрация (x) приближается к 0,52. Это связано с увеличением числа допустимых доменных состояний на морфотропной фазовой границе (MPB). Для настоящего исследования мы приготовили PZT с мольным соотношением Zr/Ti (52/48), имеющий химический состав PbZr0.52Ti0.48O3. Для улучшения характеристик в пользу конкретных применений исследователи провели ряд работ по изучению эффекта допирования ферроэлектрической керамики на основе PZT [18-20].

Весь текст будет доступен после покупки

ГЛАВА 1. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

В первой главе приведены история открытия, классификация магнитоэлектрических материалов, способы получения, данные о структуре таких соединений и их практическом применении.

1.1 Магнитоэлектрические материалы
Магнитоэлектрические материалы представляют собой один из наиболее перспективных типов функциональных материалов в современном мире, поскольку обладают одновременно ферромагнитными и сегнетоэлектрическими свойствами.
Магнитоэлектрические материалы состоят из двух или более ферромагнитных и сегнетоэлектрических материалов, разделённых в пространстве и связанных друг с другом через границу раздела.
Магнитоэлектрический (МЭ) эффект был предсказан Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшицем в 1956г. И заключается в возникновении поляризации магнетоэлекрика под действием магнитного поля или появлении макроскопической намагниченности магнетоэлектрика под действием электрического поля (обратный МЭ эффект).
Экспериментальное наблюдение МЭ эффекта в 1960 году открыло возможности для его практических применений, границы которых к настоящему времени значительно расширились.

Весь текст будет доступен после покупки

1. M. Li, Z. Zhou, M. Liu, J. Lou, D. E. Oates, G. F. Dionne, M. L. Wang, N. X. Sun, J. Phys. D: Appl. Phys., P 46 (2013) 275001
2. M. Jain, N. K. Karan, R. S. Katiyar, A. S. Bhalla, F. A. Miranda, F. W. V. Keuls, Appl. Phys. Lett. 85 (2004) 275
3. xStructural and Electrical Properties of Nd Ion Modified Lead Zirconate Titanate Nanopowders and Ceramics / D. Wang, D.-Q. Zhang, Y. Jie, Q. Zhao, L. Hong-Mei, W. Zhi-Ying, C. Mao-Sheng // Chinese Physics B. – 2009. – V. 18. – P. 2596.
4. Trivijitkasem, S. Characterization of Lead Lanthanum Zirconate Titanate (PLZT) Ceramics Sintered at Various Temperatures / S. Trivijitkasem, K. Koyvanich // Nat. Sci. – 2007. – V. 41. – P. 192-193.
5. Жуков, С. О пьезокерамике и перспективах ее применения / Жуков С. // Компоненты и технологии. – 2001. – Т. 1, № 1 – С. 12-13.
6. Свирская, С.Н. Пьезокерамическое материаловедение: учеб. пособие [Текст] / С. Н. Свирская; Ростов-на-Дону: Изд-во Южного фед. ун-та, 2009. – 82 с.
7. Каменщиков М.В. Электропроводность и барьерные эффекты в тонких сегнетоэлектрических плёнках цирконата-титаната свинца: дисс. ... кн. физ.-мат. наук. Тверь: ТвГУ, 2014. - 132 с.
8. Нестеров А.А., Современные проблемы материаловедения керамических пьезоэлектрических материалов / А.А. Нестеров, А.А. Панич. – Ростов-на-Дону: Изд-во Южного фед. ун-та, 2010. – 226 с.
9. Яффе В. Пьезоэлектрическая керамика / В. Яффе, У. Кук, Г. Яффе. – Москва: Изд-во Мир, 1974. – 288 с.

Весь текст будет доступен после покупки