Моделирование диэлектрического отклика пьезоэлектрической керамики
Н.Е. Малышева1, Е.В. Дьякова2, О.В. Малышкина2
1 ФГКВОУ ВО «Военная академия воздушно-космической обороны им. Маршала Советского Союза Г.К. Жукова» МО РФ
2 ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.481
Оригинальная статья
Аннотация: Авторами проведен сравнительный анализ комплексной диэлектрической проницаемости пористой (10 объемных % пор) керамики ниобата натрия–лития с результатами компьютерного моделирования. Для расчета за основу бралась формула Коул–Коула, в которой учитывалось наличие различных механизмов релаксационных процессов в низкочастотной (линейная дисперсия) и среднечастотной области, для учета смешанной поляризации добавлялась дополнительное слагаемого из формулы Дебая, поляризации резонансного типа – слагаемое учитывающее фактор затухания. Моделирование осуществлялось с учетом проводимости и без. Для учета вклада проводимости в динамический диэлектрический отклик использовалось выражение σ* = (ε″ + iε′)ε0ω. Показано, что линейный участок частотной зависимости в диапазоне от 50 Гц до 1 МГц одинаково хорошо описывается как с учетом проводимости, так и без. В тоже время поведение диэлектрического отклика пьезоэлектрической керамики в высокочастотной области, в которой наблюдаются резонансные эффекты, и низкочастотной области, где преобладает миграционная поляризация, значительно лучше описывается с учетом вклада проводимости в диэлектрический отклик системы.
Ключевые слова: пьезоэлектрическая керамика, комплексная диэлектрическая проницаемость, комплексная проводимость, диэлектрическая спектроскопия
- Малышева Наталья Евгеньевна – старший преподаватель кафедры № 13, ФГКВОУ ВО «Военная академия воздушно-космической обороны им. Маршала Советского Союза Г.К. Жукова» МО РФ
- Дьякова Екатерина Владимировна – аспирант 2 года обучения,, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Малышкина Ольга Витальевна – д.ф.-м.н., профессор, профессор кафедры компьютерной безопасности и математических методов управления , ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
Ссылка на статью:
Малышева, Н.Е. Моделирование диэлектрического отклика пьезоэлектрической керамики / Н.Е. Малышева, Е.В. Дьякова, О.В. Малышкина // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 481-494. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.481.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Jonscher, A.K. Universal relaxation law: a sequel to dielectric relaxation in solids / A.K. Jonscher. – London: Chelsea Dielectrics Press Limited, 1996. – 415 p.
2. Jonscher, A.K. Dielectric relaxation in solids / A.K. Jonscher. – London: Chelsea Dielectrics Press Limited, 1983. – 400 p.
3. Поплавко, Ю.М. Физика диэлектриков / Ю.М. Поплавко. – Киев: Вища школа, Головное изд-во, 1980. – 400 c.
4. Jonscher, A.K. The physical origin of negative capacitance / A.K. Jonscher // Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions 2: Molecular and Chemical Physics. – 1986. –V. 82. – I. 1. – P. 75-81. DOI: 10.1039/F29868200075.
5. Felix, A.A. Schottky-type grain boundaries in CCTO ceramics / A.A. Felix, M.O. Orlandi, J.A. Varela // Solid State Communications. – 2011. – V. 151. – I. 19. – P. 1377-1381. DOI: 10.1016/j.ssc.2011.06.012.
6. Kwok, H.L. Understanding negative capacitance effect using an equivalent resistor‐capacitor circuit / H.L. Kwok // Physica Status Solidi C. – 2008. – V. 5. – I. 2. – P. 638-640. DOI: 10.1002/pssc.200776806.
7. Gavrilova, N.D. Negative dielectric permittivity of poly (acrylic acid) pressed pellets / N.D. Gavrilova, V.K. Novik, A.V. Vorobyev, I.A. Malyshkina // Journal of Non-Crystalline Solids. – 2016. – V. 452. – P. 1-8. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2016.08.015.
8. Малышева, Н.Е. Диэлектрическая релаксация в керамике ниобата лития-натрия: дис. … канд. физ.- мат. наук: 1.3.8 / Малышева Наталья Евгеньевна. – Тверь: Тверской государственный университет, 2023. – 166 с.
9. Megaw, H.D. The seven phases of sodium niobate / H.D. Megaw // Ferroelectrics. – 1974. – V. 7. – I. l. – P. 87-89. DOI: 10.1080/00150197408237956.
10. Dixon, C.A.L. Complex octahedral tilt phases in the ferroelectric perovskite system LixNa1-xNbO3 / C.A.L. Dixon, P. Lightfoot // Physical Review B. – 2018. – V. 97. – I. 22. – P. 224105-1-224105-9. DOI: 10.1103/PhysRevB.97.224105.
11. Малышкина, О.В. Релаксационные процессы в области структурных фазовых переходов на примере керамики на основе ниобата натрия / О.В. Малышкина, М. Али, Н.Е. Малышева, К.В. Пацуев // Физика твердого тела, – 2022. – T. 64. – Вып. 12. – C. 1960-1966. DOI: 10.21883/FTT.2022.12.53649.461.
12. Malysheva, N.E. Temperature dependences of dielectric characteristics of sodium-lithium niobate porous ceramics / N.E. Malysheva, O.V. Malyshkina // Ferroelectrics. – 2022. – V. 591. – I. 1. – P. 72-76. DOI: 10.1080/00150193.2022.2041925.
13. Debye, P. Polar molecules / P. Debye. – New York: The Chemical Catalog Company, Inc., 1929. – 172 p.
14. Cole, K.S. Dispersion and absorption in dielectric. 1. Alternating currents characteristics / K.S. Cole, R.H. Cole // The Journal of Chemical Physics. – 1941. – V. 9. – I. 4. – P. 341-351. DOI: 10.1063/1.1750906.
15. Галиярова, Н.М. Медленная релаксация поляризации и особенности низкочастотного диэлектрического спектра триглицинсульфата в области фазового перехода / Н.М. Галиярова // Физика твердого тела. – 1989. – Т. 31. – Вып. 11. – С. 248-252.
16. Kremer, F. Broadband dielectric spectroscopy / F. Kremer, A. Schönhals. – Berlin, Heidelberg: Springer, 2003. – XXI, 729 p. DOI: 10.1007/978-3-642-56120-7.