Preview

Тонкие химические технологии

Расширенный поиск

Получение, структурные и электрофизические исследования сегнетокерамических образцов системы (1-2x)BiScO3-xPbTiO3-xPbMg1/3Nb2/3O3, 0 ≤ x ≤ 0.50

https://doi.org/10.32362/2410-6593-2019-14-3-78-89

Полный текст:

Аннотация

Синтезированы керамические образцы системы (1-2x)BiScO3-xPbTiO3-xPbMg1/3Nb2/3O3, во всей области ее составов х = 0-0.50. По данным рентгенофазового анализа (РФА) определена область образования в системе твердых растворов со структурой перовскита (х = 0.23-0.50), установлено наличие в ней морфотропной фазовой границы между тетрагональной и ромбоэдрической формами твердыхрастворов при х = 0.40-0.42. Проведенный нами РФА с про-фильным анализом пиков показал наличие в твердых растворах, наряду с основной фазой, дополнительной кубической фазы, дающей размытые рентгеновские рефлексы. Сделано заключение о том, что основная и дополнительная фазы сосредоточены, соответственно, в о^еме и в поверхностном слое кристаллитов керамики. Методом Ритвельда определены кристаллические структуры фаз в поляризованном и деполяризованном образце с х = 0.42, найдено наличие в поляризованном образце перовскитной фазы моноклинной симметрии. Изучены температурно-частотные зависимости диэлектрических проницаемости е и потерь tg6 твердых растворов и установлено, что рост содержания BiScO3 вызывает изменение их диэлектрических свойств от обычных сегнетоэлектрических (СЭ) в области (1-2х) = 0-0.08 до сегнетоэлектрических-релаксорных (СЭ-Р) в области (1-2х) = 0.08-0.40 и затем до свойств дипольного стекла со слабыми корреляциями в области (1-2х) > 0.40. Найдено, что образцы, с х = 0.434 и 0.446 ниже Тс = 414 и 445 К спонтанно переходят в СЭ-состояние; в образцах с х= 0.42 приложение электрического поля 2.0 кВ/см индуцирует переход из СЭ-Р в СЭ-состояние с Тс = 350 К, которое сохраняется и после снятия паля.

Об авторах

А. И. Спицин
МИРЭА - Российский технологический университет
Россия

Спицин Александр Игоревич - аспирант кафедры наноэлектроники.

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Scopus Author ID 57192374461



А. А. Буш
МИРЭА - Российский технологический университет
Россия

Буш Александр Андреевич - доктор технических наук, профессор, директор НИИ материалов твердотельной электроники.

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Scopus Author ID 7201882802, ResearcherlD R-2287-2016



К. Е. Каменцев
МИРЭА - Российский технологический университет
Россия

Каменцев Константин Евгеньевич - кандидат технических наук, начальник отдела НИИ материалов твердотельной электроники.

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Scopus Author ID 6603274897, ResearcherlD C-3853-2017



В. П. Сиротинкин
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова, Российская академия наук
Россия

Сиротинкин Владимир Петрович - кандидат химических наук, старший научный сотрудник.

119334, Москва, Ленинский проспект, д. 49

ScopusAuthorID 6603120490


М. В. Таланов
Южный федеральный университет, НИИ физики
Россия

Таланов Михаил Валерьевич - кандидат физико-математических наук, научный сотрудник.

344090, Ростов-на-Дону, проспект Стачки, д. 194

Scopus Author ID 53164920700, ResearcherID E-6006-2014



Список литературы

1. Morphotropic phase boundary perovskites, high strain piezoelectrics, and dielectric ceramics / Ed. by Guo R., Nair K.M., Wong-Ng W., Bhalla A., Viehland D., Suvorov D., Wu C., Hirano S.-I. The American Ceramic Society. Westerville, OH, 2003. 584 p.

2. Handbook of advanced dielectric, piezoelectric and ferroelectric materials: Synthesis, properties and applications / Ed. by Ye Z.-G. Woodhead publishing limited, 2008. 1060 p.

3. Advanced piezoelectric materials. Science and technology / Ed. by K. Uchino. Woodhead Publ. Ltd, 2010. 678 p.

4. Noheda B., Cox D.E., Shirane G., Gao J., Ye Z.-G. Phase diagram ofthe ferroelectric relaxor (1-x)PbMg1/3Nb2/3O3 -xPbTiO3 // Phys. Rev. B. 2002. V 66. P. 054104 (10 pages). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.054104

5. Noheda B., Cox D.E., Shirane G., Guo R., Jones B., Cross L.E. Stability of the monoclinic phase in the ferroelectric perovskite PbZr1-xTixO3 // Phys. Rev. B. 2001. V 63. 014103/1-6. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.63.014103

6. Noheda B. Structure and high-piezoelectricity in lead oxide solid solutions // Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2002. V. 6. P. 27-34. https://doi.org/10.1016/S1359-0286(02)00015-3

7. Park S.-E., Shrout T.R. Ultrahigh strain and piezoelectric behavior in relaxor based ferroe-lectric single crystals // J. Appl. Phys. 1997. V. 82. № 4. P. 1804-1811. https://doi.org/10.1063/1.365983

8. Zhang S., Li F. High performance ferroelectric relaxor-PbTiO3 single crystals: Status and perspective // J. Appl. Phys. 2012. V 111. № 3. P. 031301-1-031301-50. https://doi.org/10.1063/1.3679521

9. Sun E., Cao W. Relaxor-based ferroelectric single crystals: Growth, domain engineering, characterization and applications // Prog. Mater. Sci. 2014. V. 65. P. 124-210. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2014.03.006

10. Eitel R.E., Randall C.A., Shrout T.R., W. Rehrig P.W., Hackenberger W., Park S.-E. New high temperature morphotropic phase boundary piezoelectrics based on Bi(Me) O3-PbTiO3 ceramics // Jpn. J. Appl. Phys. 2001. V 40. Part 1. № 10. P. 5999-6002.

11. Inaguma Y, Miyaguchi A., Yoshida M., Katsumata T., Shimojo Y., Wang R., Sekiya T. High-pressure synthesis and ferroelectric properties in perovskite-type BiScO3-PbTiO3 solid solution // J. Appl. Phys. 2004. V. 95. № 1. P. 231-235. https://doi.org/10.1063/1.1629394

12. Chaigneau J., Kiat J.M., Malibert C., Bogicevic C. Morphotropic phase boundaries in (BiScO3)1-x(PbTiO3)x (0.60<x<0.75) and their relation to chemical composition and polar order // Phys. Rev. B. 2007. V 76. № 9. 094111 (7 pages). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.094111

13. Chen J., Cheng J., Dong S. Review on high temperature piezoelectric ceramics and actuators based on BiScO3-PbTiO3 solid solutions // J. Advanced Dielectrics. 2014. V.4. № 1. P. 1430002 (14 pages). https://doi.org/10.1142/S2010135X14300023

14. Stringer C.J., Donnelly N.J., Shrout T.R., Randall C.A., Alberta E.F., Hackenberger W.S. Dielectric characteristics of perovskite-structured high-temperature relaxor ferroelectrics: The BiScO3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 ternary system // J. Am. Ceram. Soc. 2008. V 91. № 6. P. 1781-1787. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.064113

15. Xie G. Structure and electrical properties of PMN -BS - PT piezoelectric ceramics // Proceed. 2017 Symposium on Piezoelectricity, Acoustic Waves, and Device Applications. October 27-30, 2017 Chengdu, Sichuan, China. P. 537-540.

16. Bush A.A., Kamentsev K.E., Bekhtin M.A., Segalla A.G. Relaxor ferroelectric properties of the (1-2x)BiScO3xPbTiO3xPbMg1/3Nb2/3O3 (0.30 < x < 0.46) System // Physics of the Solid State. 2017. V 59. № 1. P. 3442. https://doi.org/10.1134/S1063783417010036

17. Talanov M.V., Bush A.A., Kamentsev K.E., Sirotinkin V.P., Segalla A.G. Structure-property relationships in BiScO3-PbTiO3-PbMg1/3Nb2/3O3 ceramics near the morphotropic phase boundary // J. Am. Ceram. Soc. 2018. V. 101. № 2. P. 683-693. https://doi.org/10.1111/jace.15225

18. Belik A.A., Iikubo S., Kodama K., Igawa N., Shamoto 5., Maie M., Nagai T., Matsui Y., Stefanovich S.Yu., Lazoryak B.I., Takayama-Muromachi E. BiScO3: Centrosymmetric BiMnO3-type oxide // J. Am. Chem. Soc. 2006. V. 128. № 3. P. 706-707. https://doi.org/10.1021/ja057574u

19. Krumm S. An interactive Windows program for profile fitting and size/strain analysis // Materials Science Forum. 1996. V 228-231. P. 183-190. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.228-231.183

20. Laugier J., Bochu B. (2003). CELREF. http://www.ccp14.ac.uk/tutorial/lmgp/celref.htm.

21. Le Bail A., Duroy H., Fourquet J.L. Ab-initio structure determination of LiSbWO6 by X-ray powder diffraction // Mat. Res. Bull. 1988. V. 23. P. 447-452. https://doi.org/10.1016/0025-5408(88)90019-0

22. Rodriguez-Carvajal J. FULLPROF: a program for Rietveld refinement and pattern matching analysis. In: Proceed. of the Satellite Meeting on powder diffraction of the XV Congress of the IUC, Toulouse, France, 1990. P. 127. Available at https://www.ill.eu/sites/fullprof/.

23. Takeuchi T., Ado K., Asai T., Kageyama H., Saito Y, Masquelier Ch., Nakamura O. Thickness of cubic surface phase on barium titanate single-crystalline grains // J. Amer. Ceram. Soc. 1994. V 77. № 6. P. 1665-1668. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1994.tb09774.x

24. Tunkasiri T., Pakokthom C., Rujijanagul G., Udomporn A. X-ray study of the crystallographic structure of BaTiO3 powder prepared by solid state reaction // Ferroelectrics. Letters Sec. 2000. V 28. № 1-2. P. 29-34.

25. Aoyagi Sh., Kuroiwa Y, Sawada A., Yamashita 1., Atakei T. Composite structure of BaTiO3 nanoparticle investigated by SR X-ray diffraction // J. Phys. Soc. Japan. 2002. V 71. № 5. P.1218-1221. https://doi.org/10.1143/JPSJ.71.1218

26. Bonneau P, Garnier P, Husson E., Morell A. Structural study of PMN ceramics by X-ray diffraction between 297 and 1023 K // Mat. Res. Bull. 1989. V. 24. № 2. P 201-206. https://doi.org/10.1016/0025-5408(89)90126-8

27. Bonneau P, Garnier P, Calvarin G., Husson E., Gavarri J.R., Morell A. X-ray and neu-tron diffraction studies of the diffuse phase transition in PbMg1/3Nb2/3O3 ceramics // J. Solid State Chem. 1991. V 91. № 2. P. 350-361. https://doi.org/10.1016/0022-4596(91)90090-5

28. Vakhrushev S., Zhukov S., Fetisov G., Chernyshov V. The high-temperature structure of lead magnoniobate // J. Phys.: Condens. Matter. 1994. V. 6. № 22. P. 4021-4027. https://doi.org/10.1088/0953-8984/6/22/001

29. Vakhrushev S.B., Zhukov S.G., Chernyshev V.V. Unique features of the crystal structure of the (PbMg1/3Nb2/3O3)06-(PbTiO3)04 solid solution // Physics of the Solid State. 1999. V. 41. № 7. P. 1172-1174. https://doi.org/10.1134/1.1130960

30. Kang B.S., Choi S.K., Park C.H. Diffuse dielectric anomaly in perovskite-type ferroelec-tric oxides in the temperature range of 400-70o °C // J. Appl. Phys. 2003. V. 84. № 3. P. 1904-1911. https://doi.org/10.1063/1.1589595

31. Bokov A.A., Ye Z.-G. Recent progress in relaxor ferroelectrics with perovskite structure // J. Mat. Sci. 2006. V. 41. № 1. P. 31-52. https://doi.org/10.1007/s10853-005-5915-7

32. Phelan D., Stock C., Rodriguez-Rivera J.A., Chi S., Leao J., Long X., Xie Y., Bokov A.A., Ye Z.-G., Ganesh P., Gehring P.M. Role of random electric fields in relaxors // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2014. V111. № 5. P. 1754-1759. https://doi.org/10.1073/pnas.1314780111

33. Arce-Gamboa J.R., Guzman-Verri G.G. Random electric field instabilities of relaxor ferroelectrics // Quantum Materials. 2017. V. 2. Article number 28 (7 pages). https://doi.org/10.1038/s41535-017-0032-9


Дополнительные файлы

1. Рис. 7. Температурная зависимость токов термостимулированной деполяризации поляризованного образца (охлаждение под полем 2.0 кВ/см от 450 К) с х=0.434.
Тема
Тип Research Instrument
Посмотреть (444KB)    
Метаданные

Для цитирования:


Спицин А.И., Буш А.А., Каменцев К.Е., Сиротинкин В.П., Таланов М.В. Получение, структурные и электрофизические исследования сегнетокерамических образцов системы (1-2x)BiScO3-xPbTiO3-xPbMg1/3Nb2/3O3, 0 ≤ x ≤ 0.50. Тонкие химические технологии. 2019;14(3):78-89. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2019-14-3-78-89

For citation:


Spitsin A.I., Bush A.A., Kamentsev K.E., Sirotinkin V.P., Talanov M.V. Preparation, Structural and Electrophysical Studies of Ferroelectric Ceramic Samples of the System (1-2x)BiScO3-xPbTiO3-xPbMg1/3Nb2/3O3, 0 ≤ x ≤ 0.50. Fine Chemical Technologies. 2019;14(3):78-89. (In Russ.) https://doi.org/10.32362/2410-6593-2019-14-3-78-89

Просмотров: 72


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2410-6593 (Print)
ISSN 2686-7575 (Online)