Способ определения направления оси,вдоль которой ориентирован вектор спонтанной поляризации в кристаллах, входящих в состав сегнетокерамики со структурой типа тетрагональной калиевовольфрамовой бронзы
Союз Советскик
Социалистических
Республик
0 и и -А-ж;и :е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
<1785711
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 090179 (21) 2711232/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (5t)V. Кл.
G 01 N 27/22
Государственный комитет с сс р но делам изобретений н открытий
Опубликовано 07.12,80. Бюллетень ¹ 45 (53) УДК 537. 228. 1 (088.8) Дата опубликования описания 07.12,80 (72) Авторы изобретения
E. Н. Сидоренко, В. Г. Крыштоп, A. В. Турик, Е ° Г. Фесенко и Р. У. Девликанова
Ростовский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ОСИ
ВДОЛЬ КОТОРОЙ ОРИЕНТИРОВАН ВЕКТОР
СПОНТАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ В КРИСТАЛЛАХ, ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ СЕГНЕТОКЕРАМИКИ.
СО СРУКТУРОЙ ТИПА ТЕТРАГОНАЛЬНОЙ
КАЛИЕВО-ВОЛЬФРАМОВОЙ БРОНЗЫ
Изобретение относится к способам . равлениях. Такие деформации привоопределения электрофизических свойств дят к изменению симметрии элементар- сегнетоэлектриков в той связи, что ной ячейки. Группу симметрии опредеименно величина и направление векто- ляют рентгеновским методом на лолира спонтанной поляризации определяют 5 кристаллических образцах. Далее по диэлектрические, электромеханические, известной симметрии и по наличию сегоптические, упругие и другие свойства нетоэлектрического состояния однозначсегнетоэлектриков. но находят ориентацию вектора 1з в
В кристаллах определение направле- элементарной ячейке, принимая во ния спонтанной поляризации Р не вызы-10 внимание, что направление вектора; вает особых затруднений. Для этой це- спонтанной поляризации совпадает с ли имеется несколько хорошо зареко- направлением полярной оси. мендовавших себя методов, дающих дос- Но этот способ определения направтоверные результаты: оптический, ления оси, вдоль которой ориентирован электронно-оптический, электролюми- 15 вектор спонтанной поляризации, принесцентный, метод декарирования, метод меним только для сегнетоэлектриков со травления поверхности (l). структурой типа перовскита и не может
Однако для определения. направления быть использован для сегнетоэлектрнр при исследовании керамических сег- ков со структурой типа тетрагональной нетоэлектриков известен лишь один 20 калиево-вольфрамовой бронзы (TKBS). метод — рентгеноструктурный (2jmf3). Это обусловлено тем, что в пароэлектВ основу его положен тот факт, что рической фазе кристаллы со структурой в сегнетоэлектриках со структурой пе- типа ТКВБ, как правило, являются одровскита фазовый переход из пара- ноосными, а после перехода в сегнетоэлектрической фазы в сегнетоэлектри- 25 электрическое состояние могут иметь ческое состояние сопровождается воз- тетрагональную или ромбическую симникновением спонтанной деформации, метрию; в последнем случае возможны приводящей к растяжению элементарной два направления вектора спонтанной ячейки вдоль полярной оси и одновремен- поляризации: либо вдоль направления ному сжатию в перпендикулярных нап- 30 (001), (ось С), либо вдоль (010) 785711 (ось В). Таким образом, применение рентгеновского метода для определения положения вектора спонтанной поляризации в данном случае не дает однозначного ре:аения задачи, Вначале определяют значение диэ.. лектрической проницаемости Жа образцов, испытывающих слабые механически напряжения (а=а). Затем изменяют диэлектрическую праницаемость Q образцов при механическом напряжении (фФО), возникающем в результате одноаснага сжатия образцов в направлении, совпадающем с направлением вектора напряженности,измерительного электрического поля, Вектор спонтанной поляризации направлен вдоль оси (001) 13 элементарной ячейки в там случае, когда — -0; и вдоль аси (010), ес0 ли go — 9. фО.
8 основу заявляемого способа положено явление изменения диэлектричес- 26 кой проницаемости сегнетоэлектриков в результате 90-градусных (или близких к иим) переориентаций векторов спонтанной поляризации даменов при воздействии на образец механического напряжения. Такие переориентации запрещены в тетрагональных составах вследствие ограничений, накладываемых теорией симметрии на возможные направления векторов спонтанной поляриза- ЗО ции при сегнетаэлектрических фазовых переходам (3) (в параэлектрической фазе сегиетаэлектрики со стороны типа
ТКВБ имеют тетрагональную симметрию), но ани могут происходить между направлениями (010) и (100) в составах ромбическай симметрии. Если же Ре ром- бическага сегнетаэлектрика ориентировано в (001) — направлении, оно не мажет быть переориентирована на 90 по той же причине, что в тетрагональных 40 составах. Вследствие анизотропии диэлектрических проницаемостей однодоменного кристалла 1 „> 2 90-градусные переориентации доменов сопровождаются увеличением б . керамики. При этом 4 приращение В тем больше, чем еыше анизатропия диэлектрических проницаемостей Я„„/f g составляющих керамику однодоменных кристаллов.
Следует учесть, что кроме вклада механизма переориентаций Р в диэлектрическую проницаемость сегнетоэлектрика, существует еще два механизма изменения Е керамики, проявляющиеся при механической нагрузке сегнетоэлектрического образца. Во-первых, механическое давление оказывает влияние на компоненты (4, 6 и egg тензора диэлектрических проницаемостей однодоменнйх кристаллов (доменов), входящих
s состав сегнетокерамики, в результа- 4() те чего изменяется диэлектрическая проницаемость 4 сегнетокерамики. Вовторых, для некоторых типов сегнетокерамики на низких частот ах характерно.наличие релаксационных процессов, дающих вклад в g, изменяющийся при внешних воздействиях. Однако вклад ь ф первого механизма можно существенно ослабить, если измерения образцов выполнять нри малых механических напряг 2. жениях, не превышающих (2-3) ° 10 Н/м
Релаксационные же процессы можно полностью исключить, если измерения диэлектрической проницаемости сегнетоэлектриков выполнять в области высоких или сверхвысоких частот.
Пример 1. На низких и сверхвысоких частотах (10 и 10 Гц сост о о ветственно) при 25 С нами были выполнены измерения диэлектрической проницаемости ЮЗь с-доменных кристаллов
SO @H4100@ со структурой ТКВБ при воздействии на них однооснаго сжатия, приложенного параллельно оси с (001), Установлено, что в области механических напряжений бс (2-3) ° 10 Н/м изме ) 2. нений Я как в области низких, так и в области сверхвысоких частот не наблюдалось, т ° е. с точностью до 1-2% Еь =
= Е Этот результат находится в полном согласии с литературными данными, свидетельствующими о том, что направление вектора Рз совпадает с направлением оси (001) элементарной ячейки кристалла.
Пример 2. Нами были выполнены измерения диэлектрической проницаемости горячепрессованной сегнетокерамики РЬ, К МЪ„р0 0 со структурой ТКВБ.
Как известно иэ литературных данных, кристаллы РЪ К МЬ„а0 при комнатной температуре находятся в ромбической фазе, имеют анизотропию диэлектрических проницаемостей (41 > а j,, а направление вектора Р параллельно оси (010) (ocr В) элементарной ячейки.
Выполненные частотные измерения свидетельствуют о слабом вкладе релаксационных процессов в диэлектрическую проницаемость керамики — в широкой 6 области частот QT 1 до 10 -Гц Е керамики изменяется незначительно. В этой связи диэлектрические измерения при различных механических напряжениях нами были выполнены в области низких частот (1= 0 М ., При этом были получены следующие значения У: о=> — 660 и 6y = 730 при 6= 3 10 Н/м
Величина ((kg — Яб)/6 ) 10% свидетельствует о том, что в результате механического сжатия образца в нем произошла частичная переориентация векторов РБ иа 90, т.е. векторы спонтанной поляризации некоторых . кристаллов или доменов, будучи ориентированными вначале вдоль оси (010) (ось В), в результате воздействия механического напряжения оказались ориентированными в направлении оси (100) (ось A) .
Полученные данные подтверждают тат факт, что в случае Ц - а О, для сегнетоэлектриков со структурой ТКВБ направление вектора s: перпендикуляр785711
Формула изобретения
01 но кристаллографической оси (001) (ось С) .
Пример 3. Кроме того, были выполнены измерения диэлектрической проницаемости полученного ряда твердых растворов горячепрессованной сегнетокерамики со структурой ТКВБ 6()+М 60во хРЬК НЬ.,о Оао, особенностью которы:< является налйчие морфотропной области, разделяющей составы тетрагональной и ромбической симметрии,®
Измерения выпслнены на частоте 10 Гц при комнатной температуре. На чертеже. приведена зависимость относительного изменения диэлектрической проницаемости ( =E . На основании этого можно сделать вывод, что в монокристаллах этих сегнетоэлектриков направление Р совпадает с направлением (001).. 25 Для твердых растворов с х > 80% (ромбическая Фаза) — +-= 10-20%, что свидетельствует о 90-градусных переориентациях, а следовательно, о направлении вдоль (010). gp Способ позволяет определить направление оси, вдоль которой ориентирован вектор з монокристаллов, путем измерения 9 сегнетокерамических образцов со структурой ТКВБ, не располагая монокристаллами того же состава и той же структуры, что ранее не достигалось. Процесс выращивания сегнетоэлектрических монокристаллов очень трудоемкий, длительный и дорогостоящий. Имея более дешевые поликрис- 40 таллические сегнетоэлектрики, можно аЕ а ВНИИПИ Заказ 8831/45 а50 Тираж 1019 Подписное Филиал ППП"Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4 по ориентации Р предсказать и определить физические свойства сегнетоэлектрических монокристаллов, что необходимо для разбраковки новых пьезоматериалов, а также прогнозировать свойства монокристаллов по исследованным свойствам сегнетокерамики. Способ определения направления оси, вдоль которой ориентирован вектор спонтанной поляризации в кристаллах, входящих в состав сегнетокерамики со .структурой типа тетрагональной калиево-вольфрамовой бронзы, включающей определение типа симметрии сегнетоэлектрика рентгеновским методом, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения воэможностей исследования диэлектрических, оптических и электрофизических свойств, измеряют (диэлектрическую проницаемость образцов, йспытывающих слабые механические напряжения, затем при механическом напряжении, возникающем в результате одноосного сжатия образцов в направлении, совпадающем с направлением вектора напряженности иэмерительногс электрического . поля, и по разности измерений определяют направление оси. Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе 1. Славак Г.В., Игрис Э. и Желу дев И.С. Кристаллография. 1959, т. 4, с. 123. 2. Фесенко Е.Г. Семейство перовски та и сегнетоэлектричество. M., 1972, с. 10. 3. Желудев И. С. Основы сегнетоэлектричества. M., 1973, с. 54 (прототип).
