Издателям
Вышедшие номера
Влияние доменной структуры на электромеханические свойства сегнетокерамики ЦТС и МНВТ
Антоненко А.М.1, Кудзин А.Ю.1, Гавшин М.Г.1
1Днепропетровский государственный университет, Днепропетровск, Украина
Поступила в редакцию: 6 ноября 1996 г.
Выставление онлайн: 19 апреля 1997 г.

Для большинства сегнетоэлектрических материалов наличие доменной структуры оказывает существенное влияние на свойства материала. В частности, для сегнетокерамики ЦТС вблизи морфотропной фазовой границы доменный вклад в диэлектрическую проницаемость и пьезомодуль, измеренные при комнатной температуре, составляют по меньшей мере половину [1]. Диэлектрическая проницаемость и пьезомодуль представляются суммами внутренних (объемных) (varepsilonin, din) и внешних, определяемых доменных смещением частей (varepsilonex, dex), [b] varepsilon&=varepsilonex+varepsilonin, d&=dex+din. (1) В работе [1] проведено изучение влияния движения доменных границ на диэлектрические и пьезоэлектрические свойства керамики PZT-500. Показано, что вклад доменных процессов в свойства этого материала велик. Разделение диэлектрической проницаемости и пьезомодуля на внутренние varepsilonin, din и внешние varepsilonex, dex основано на том, что движение доменных границ не вносит вклада в отклик материала на гидростатическое давление и гидростатический пьезомодуль dh не связан с движением доменных границ. В работе [1] dh не измерялся, а определялся из соотношения dh=d33+2d31. (2) В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований влияния доменного вклада в пьезомодули керамики ЦТС-19в и твердых растворов на основе натровисмутового титаната. Пьезомодули d33 и d31 измерены методом резонанса [2] и квазистатическим методом пульсирующей нагрузки [3]. В отличие от [1] пьезомодуль dh был измерен прямым методом на установке, в качестве рабочей среды которой использовался сжатый воздух. Измерения выполнены на образцах керамики ЦТС-19в и Mex(Na0.5Bi0.5)1-xTiO3 (Me--Pb,Sr,Ca...) (МНВТ). [!b] [scale=1.2]558-1.eps Температурная зависимость пьезомодулей d33, d31, dh керамики МНВТ ( a) и ЦТС-19в ( b). [!b] [scale=1.2]558-2.eps Температурная зависимость пьезомодулей d33in, d31in, d33ex, d31ex керамики МНВТ ( a) и ЦТС-19в ( b). Соединение МНВТ с добавками Me2+O (Pb, Sr, Ca...) при x=13 обнаруживает морфотропную границу, разделяющую ромбоэдрическую и тетрагональную фазы [4-6]. Керамика вблизи морфотропной границы обладает высокими пьезоэлектрическими параметрами. Сравнительная характеристика исследованных материалов приведена в таблице. Параметры МНВТ по ряду показателей превосходят ЦТС. Характерной особенностью керамики МНВТ является сильная анизотропия коэффициента электромеханической связи. Результаты измерений для ЦТС-19в и МНВТ представлены на рис. 1. Поведение пьезоэлектрических свойств ЦТС-19в и МНВТ существенно различно. Для кермики ЦТС-19в значения пьезомодуля dh, измеренные прямым методом и вычисленные по формуле (2), близки во всем интервале температур. В керамике МНВТ различия между значениями dh, измеренными разными методами, очень большие. Согласно [11], d33 и d31 можно разложить на внутренний и внешний. Для этого экстраполируем зависимости пьзомодулей d33 и d31 от температуры жидкого азота к 0 K и исходим из предположения, что при 0 K доменные границы не движутся. Тогда при 0 K пьезомодули d33=d33in, d31=d31in. С ростом температуры d33in и d31in изменяются как dh. Внешние пьезомодули d33ex, d31ex находим из (1). Температурные зависимости din и dex представлены на рис. 2. [tb] #1.#2.#3. height#1pt depth#2pt width#3pt =0.8mm Электромеханические свойства керамики МНВТ и ЦТС-19вl|c|c|c|c|c|c 10.5.0. Керамика& Tc, oC&varepsilonT33 (1 kHz)& d33, pC/N&d31, pC/N&k33, %&k31, % 11.0.0. МНВТ& 210& 1200&240&-20 &80&18 ЦТС-19в&305&1700&345&-132&65&28 Разделение пьезомодулей на внутренний и внешний показывает, что в ЦТС d33in и d33in сравнимы с d33ex и d33ex. С ростом температуры все пьезомодули растут. При приближении к фазовому переходу растет внутренний пьезомодуль, а пьезомодуль, связанный с движением доменных границ, падает. В керамике МНВТ пьезомодули d33in, d33ex, d31in c ростом температуры растут. Пьезомодуль d31ex становится отрицательным, что связано с большим ростом dh в сравнении с d31. Сопоставляя данные, полученные в [1] при низких температурах, и наши экспериментальные результаты, можно предположить, что высокие пьезоэлектрические свойства керамики ЦТС вызваны движением доменных границ. Эксперименты, проведенные на кристаллах Na0.5Bi0.5TiO3, показывают, что они состоят из сегнетоэластических доменов, которые легко переключаются одноосным механическим напряжением и не изменяются под действием электрического поля. Поэтому в керамике МНВТ высокая пьезоактивность, вероятно, связана не только с движением доменных границ, но и с зарядами на сегнетоэластических доменных стенках.
  1. Q.M. Zhang, H. Wang, N. Kim, L.E. Cross. J. Appl. Phys. 75, 1, 454 (1994)
  2. IRE Standards on Piezoelectric Crystals: Measurements of Piezoelectric Ceramics. Proc. IREE 49, 7, 1166 (1961)
  3. Г.А. Лущейкин. Методы исследования электрических свойств полимеров. Химия, М. (1988). 160 с
  4. Tadashi Takenaka, Koichiro Sakata. Sensors and Materials, 3, 123 (1988)
  5. Н.В. Зайцева, В.А. Исупов, Н.Н. Парфенова, И.П. Пронин, Т.А. Шаплыга. Неорган. материалы 26, 9, 1905 (1990)
  6. Tadashi Takenaka, Koichiro Sakata, Kohji Toda. Ferroelectrics 106, 375 (1990)

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.