Кристалл двойного молибдата цинка в качестве сегнетоэластика

 

Использование: для управляемых функциональных устройств, в датчиках давления. Кристаллы двойного молибдата цинка имеют состав Tl₄ Zn (MoO₄)₃. Температура фазового перехода 200^oС, пространственная группа P_n 2₁a. 1 табл.

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано для создания управляемых функциональных устройств. Большинство сегнетоэластиков испытывает при определенной температуре (точка Кюри) переход из параупругой модификации в сегнетоупругую, обладающую спонтанной деформацией. Реориентация доменной структуры и изменение диэлектрических и оптических свойств кристаллов в сегнетоупругой фазе под воздействием механических напряжений позволяют сконструировать высокочувствительные датчики давления.

Получение и исследование новых кристаллов сегнетоэластиков важно не только для развития теории фазовых переходов и физики твердого тела, но и для расширения ассортимента материалов с полезными свойствами, используемыми в новой технике.

Известны кристаллы сегнетоэластиков на основе оксидов рубидия, калия и цинка Rb₄Zn(MoO₄)₃ и K₄Zn(MoO₄)₃, в которых температура фазовых переходов (точка Кюри) составляет 300^оС Rb₄Zn(MoO₄)₃ и 360^оС K₄Zn(MoO₄)₃ [1, 2] Недостатком указанных сегнетоэластиков является высокая температура фазового перехода.

В практическом использовании температура фазового перехода в сегнетоэластиках должна приближаться к комнатной температуре.

Целью изобретения является получение сегнетоэластиков с фазовым переходом (точка Кюри) ниже, чем 300^оС.

Цель достигается тем, что кристалл сегнетоэластика, включающий молибдаты цинка и щелочных металлов (S-элементов), содержит вместо молибдатов щелочных металлов молибдат одновалентного таллия (Р-элемент).

Кристаллы Tl₄Zn(МoO₄)₃ получены спонтанной кристаллизацией из расплава и их свойства являются следствием структуры и состава этого соединения.

При комнатной температуре соединение обладает ромбической сингонией (Pn21n). Параметры элементарной ячейки следующие: a 10,78 (1); b 21,93 (2); c 6,09 (7).

В доменной структуре кристаллов этого соединения наблюдаются три ориентационных состояния, т.е. три типа доменов.

Основу структур образуют изолированные тетраэдры ЭО₄^2-. Два таких тетраэдра связаны вершинами с тетраэдрами ZnO₄, образуя линейный фрагмент, такие фрагменты соединяются с помощью тетраэдра ЭО₄, имеющего общие вершины с двумя тетраэдрами ZnO₄ из двух разных фрагментов и таким образом образуются бесконечные цепи. Атомы одновалентных элементов, располагаясь в пустотах, скрепляют цепи.

Выше температур фазовых переходов атомы цинка увеличивают свою координацию до пятерной за счет разворота лежащих с ними на одном уровне тетраэдров MoO₄ [2] Отличительной особенностью предлагаемого кристалла является наличие катиона таллия (Tl⁺), понижающего до 200^оС температуру сегнетоэластического фазового перехода.

П р и м е р. Смесь 2 моль молибдата таллия 83,48 г и 1 моль молибдата цинка 16,52 г растирают в ступке в течение 30 мин и отжигают при температуре 400 и 450^оС в течение 50 и 25 ч соответственно (выход 98% от теоретического). Платиновый тигель емкостью 150 см³ (диаметром 40 см³) с синтезированным соединением Tl₄Zn(MoO₄)₃ в избытке Tl₂MoO₄ помещают в трубчатую печь кристаллизационной установки и нагревают со скоростью 2 град/ч. В охлажденном плаве обнаруживаются пластинчатые монокристаллы Tl₄Zn(MoO₄)₃. Пластинки получаются за счет скола по плоскостям спайности, что исключает резку и полировку кристаллов. Оптические исследования монокристаллов показывают наличие доменов с тремя ориентационными соотношениями, которые переключаются под действием внешних механических напряжений.

Сопоставление некоторых параметров предлагаемого и известного сегнетоэластиков показывает, что предлагаемый сегнетоэластик отличается более низкой температурой сегнетоэластического перехода 200^оС. В таблице представлены сравнительные данные по температуре фазового перехода для известного и предложенного состава кристалла, а также их пространственные группы.

Из таблицы следует, что кристаллы предлагаемого состава Tl₄Zn(MoO₄)₃ обладают значительно меньшей температурой сегнетоэластического фазового перехода, что соответственно улучшает рабочие характеристики функциональных устройств, кроме того, с введением таллия появляется ярко выраженная спайность в кристаллах. Это позволяет легко получать пластины (рабочие элементы устройств) без предварительной резки и полировки.

Использование заявляемого изобретения позволит уменьшить рабочую температуру функциональных устройств; улучшить качество обработки элементов устройств за счет использования пластинок, получающих за счет естественных плоскостей спайности.

Формула изобретения

КРИСТАЛЛ ДВОЙНОГО МОЛИБДАТА ЦИНКА В КАЧЕСТВЕ СЕГНЕТОЭЛАСТИКА, отличающийся тем, что в качестве второго металла молибдат содержит таллий и имеет состав, соответствующий формуле Tl₄Zn(MoO₄)₃.

РИСУНКИ

Рисунок 1