Структура и диэлектрический отклик керамик ЦТСЛ

Актуальность
Сегнетоэлектрическая керамика цирконата-титаната свинца имеет большое практическое применение. Известно, что ее свойства можно значительно варьировать как меня соотношение Ti/Zr, так и введением различных примесей.
В частности, примесь La делает данный материал оптически прозрачным, что позволяет использовать его в электрооптических приборах.

Цель: исследование структуры и диэлектрических свойств сегнетоэлектрической керамики цирконата-титаната свинца-лантана (ЦТСЛ) различного состава.
Задачи:
изучить структуру всех образцов с помощью СЭМ;
исследовать характеристики петель диэлектрического гистерезиса;
исследовать влияния внешних воздействий на изменение диэлектрических свойств образцов;
исследовать температурную зависимость диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь при изменении концентрации La в составе.
Цели и задачи

Образцы
Соединение ЦТСЛ – (PbxLa1–x)(ZryTi1–y)O3
Описывается соотношениями La:Zr:Ti как x/y/z, где x, y, z – концентрации элементов La, Zr и Ti.

Экспериментальные установки
сканирующий электронный микроскоп JEOL JSM-6610LV и полупроводниковая энергодисперсионная приставка INCA (Oxford) для изучения структуры образцов;
исследования петель гистерезиса на установке с использованием схемы Сойера-Тауэра;
пироотклик изучен динамическим методом исследования;
исследования диэлектрических характеристик проводились с помощью измерителя иммитанса Е7-20.

Результаты
ЦТСЛ-7
ЦТСЛ-8

Результаты
ЦТСЛ-9.75
ЦТСЛ-12

Результаты

Результаты
Частотная зависимость диэлектрической проницаемости для образцов ЦТСЛ после воздействия переменным полем
Частотная зависимость диэлектрической проницаемости для образцов ЦТСЛ до воздействия переменным полем

Результаты
Дисперсионная зависимость tg δ при комнатной температуре для образца ЦТСЛ-7 при различных измерительных напряжениях до воздействия переменным полем.
Дисперсионная зависимость tg δ при комнатной температуре для образца ЦТСЛ-12 при различных измерительных напряжениях до воздействия переменным полем.

Результаты
Дисперсионная зависимость tg δ при комнатной температуре для образца ЦТСЛ-12 при различных измерительных напряжениях после воздействия переменным полем.
Дисперсионная зависимость tg δ при комнатной температуре для образца ЦТСЛ-7 при различных измерительных напряжениях после воздействия переменным полем.

Результаты
ЦТСЛ-8
ЦТСЛ-12

Результаты
Пироотклик образца ЦТСЛ-7 с обеих сторон

Результаты
Наблюдаемая петля диэлектрического гистерезиса для образца ЦТСЛ-7.

Результаты
Наблюдаемая петля диэлектрического гистерезиса для образца ЦТСЛ-9.75.
Наблюдаемая петля диэлектрического гистерезиса для образца ЦТСЛ-12.

Результаты
Температурная зависимость тангенса угла диэлектрических потерь для образцов ЦТСЛ
Температурная зависимость диэлектрической проницаемости для образцов ЦТСЛ

Выводы
1. Установлено, что с увеличением процентного содержания La средние размеры зерна увеличиваются.
2. Результаты исследования диэлектрического отклика показали наличие во всех образцах ЦТСЛ медленно-релаксирующей объемно-зарядовой поляризации.
3. Воздействие переменных электрических полей, превышающих коэрцитивное, приводит к формированию поляризованного состояния по всему объему в образце ЦТСЛ-7, в то время, как в образцах ЦТСЛ-8 и ЦТСЛ-12 поляризация формируется в приповерхностном слое.

Выводы
4. В образцах ЦТСЛ-5 и ЦТСЛ-12 наблюдались петли диэлектрического гистерезиса, характерные для материалов с большими диэлектрическими потерями. В этих же образцах наблюдался максимум тангенса угла диэлектрических потерь на низких частотах.
5. Установлено, что с повышением содержания La петли диэлектрического гистерезиса сужаются, то есть принимают форму, характерную для релаксорных материалов.
6. С увеличением содержания La температурный максимум диэлектрической проницаемости становится более размытым, что свидетельствует об усилении релаксорных свойств материалов.

Благодарности
Выражаем благодарность за предоставленные образцы Киселёву Дмитрию Александровичу, кандидату физико-математических наук, старшему научному сотруднику кафедры Материаловедения полупроводников и диэлектриков НИТУ «МИСиС».
Выражаем благодарность за помощь в исследовании на СЭМ Ивановой Александре Ивановне, доценту, кандидату физико-математических наук, кафедра прикладной физики ТвГУ.

Апробация результатов
Всероссийская научно-техническая конференция молодых учёных «Физика, химия и новые технологии» в рамках XXVI Каргинских чтений, Исследование структуры и диэлектрических свойств релаксора (PbxLa1–x)(ZryTi1–y)O3, с. 135.