Высокие пьезоэлектрические свойства керамики ЦТС объясняют наличием морфотропной фазовой границы (МФГ). Изучению механизма поведения керамики в окрестности МФГ уделялось много внимания [1,2]. Однако наиболее эффективно исследование монокристаллов. Кристаллы ЦТС выращивались только методом спонтанной кристаллизации [3] и имели дефекты, малые размеры, что не позволяло подробно изучать их свойства. В ряде работ [4-6] показано, что имеется другой класс перовскитных материалов, обладающих высокими пьезоэлектрическими свойствами, которые также связывают с наличием морфотропной области. Таким материалом являются твердые растворы на основе Na_0.5Bi_0.5TiO₃ (НВТ). Было установлено, что МФГ в системах Me_x(Na_0.5Bi_0.5)_1-xTiO₃, где Me - Pb, Sr, Ca, Ba..., наблюдается при 0.12<x<0.14. Составы с x<0.12 имеют ромбоэдрическое искажение, а с x>0.14 - тетрагональное. Ранее были выращены и исследованы кристаллы НВТ [7]. В настоящей работе проведено выращивание и исследование диэлектрической проницаемости, пьезоэлектрических свойств, структурных особенностей и доменной структуры кристаллов из морфотропной области Ba_0.14(Na_0.5Bi_0.5)_0.86TiO₃ (БНВТ). При росте кристаллов Ba_x(Na_0.5Bi_0.5)_1-xTiO₃ методом Чохральского было установлено, что из шихты с концентрацией добавки 0.8<x<0.16 растут кристаллы с одинаковыми свойствами. Рентгеноструктурный анализ показал, что эти кристаллы при комнатной температуре имеют структуру типа перовскита с тетрагонально искаженной решеткой (a=3.870 Angstrem, c=3.940 Angstrem). Как и в случае НВТ [8], сверхструктурных линий на рентгенограмме обнаружено не было, что указывает на неупорядоченное расположение ионов Na, Bi, Ba в положениях элементарной ячейки с координационным числом 12. Сравнивая параметры решетки кристалла и керамики, а также исходя из того, что кристаллы лучшего качества растут при x=0.14, можно идентифицировать состав кристаллов как Ba_0.14(Na_0.5Bi_0.5)_0.86TiO₃ . [!b] [scale=1.05]15-1.eps Температурная зависимость диэлектрической проницаемости монокристаллов НВТ (1) и БНВТ (2) при различных частотах. f (kHz): I - 1, II - 10, III - 100. Диэлектрические измерения проводились по стандартной методике на частотах 1, 10, 100 kHz. На рис. 1 представлены температурные зависимости varepsilon' для кристаллов НВТ и НВТВ. Из этого рисунка видно, что в кристалле НВТ имеются "полочка" при 200^oC и размытый фазовый переход при 320^oC, который обычно считают переходом антисегнетоэлектрик-сегнетоэластик [9] или антисегнетоэлектрик-сегнетоэлектрик [10]. В кристалле БНВТ вместо "полочки" наблюдаются размытый фазовый переход при температуре 99^oC и размытый переход при 290^oC. Переход при 99^oC является релаксорным, так как максимум varepsilon' с ростом частоты уменьшается и смещается в область высоких температур. Энергия активации U=0.22 eV. Из сравнения кристаллов следует, что "полочка", наблюдаемая в НВТ при 200^oC, имеет релаксорное происхождение. Положение максимума varepsilon' в рамытом переходе при 320^oC в НВТ и 290^oC в БНВТ от частоты не зависит. [!tb] [scale=1.1]15-2a.eps Температурная зависимость пьезомодулей ( a) и коэффициентов электромеханической связи ( b) монокристаллов НВТ (2, 3) и БНВТ (1-4). [!tb] Доменная структура монокристаллов НВТ ( a) и БНВТ ( b) при комнатной температуре. Для измерения пьезоэффекта на образцы напыляли платиновые электроды, затем их поляризовали в силиконовом масле при температуре 60^oC в поле 4-6 kV/mm. Пьезоэлектрические измерения проводились методом резонанса-антирезонанса [11]. Температурные зависимости пьезомодуля d₃₃ и коэффициента электромеханической связи k₃₃ представлены на рис. 2. Пьезоэлектрические свойства в НВТ исчезают при температуре 120^oC, а в БНВТ - при 200^oC. Однако при измерении пьезоэффекта под полем 4-6 kV/mm пьезоэлектрические свойства в НВТ и БНВТ наблюдаются вплоть до температуры 360^oC, при этом величина коэффициента электромеханической связи практически не зависит от температуры. Измерить пьезоэффект выше 360^oC не удалось из-за увеличения проводимости. Это служит основанием утверждать, что температуры 320^oC для НВТ и 290^oC для БНВТ не являются точками перехода сегнетоэластик-антисегнетоэлектрик. С помощью поляризационного микроскопа исследовалась доменная структура кристаллов НВТ и БНВТ (рис. 3). Никакой перестройки доменной структуры в кристаллах НВТ и БНВТ под действием электрического поля зарегистрировано не было. При комнатной температуре доменная структура полностью соответствует кристаллической структуре: ромбоэдрической для НВТ и тетрагональной для БНВТ. Кристалл НВТ состоит из ферроэластических доменов, переключаемых механическим напряжением при высокой температуре, и его можно перевести в монодоменное состояние, которое сохраняется при комнатной температуре. БНВТ ферроэластичен во всем температурном интервале и легко монодоменизируется под действием механического напряжения. Однако монодоменное состояние не сохраняется после снятия механического напряжения даже при охлаждении от 700^oC до комнатной температуры. Температурные зависимости доменной структуры для этих кристаллов принципиально различны. В кристалле НВТ доменная структура исчезает при 520^oC, что соответствует переходу в кубическую параэлектрическую модификацию. При температуре 295^oC имеет место состояние, когда кристалл становится оптически изотропным. Это так называемая точка "изотропизации" [12]. В области 227-327^oC кристалл имеет нечетко оформленную доменную структуру, а при 327^oC становится тетрагональным. При нагревании кристалла БНВТ изменение доменной структуры поляризационно-оптическим методом не наблюдалось вплоть до максимально достигнутой температуры 1100^oC, т. е. от комнатной температуры до 1100^oC кристалл не изменяет точечной группы симметрии. Таким образом, изменения диэлектрических свойств БНВТ при 99 и 290^oC происходят в одной тетрагональной фазе.

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.