Получение керамики ниобата бария – кальция – стронция с оптимальными для практического применения свойствами
И.Л. Кислова, О.В. Малышкина, П.А. Иванова, А.И. Иванова
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.736
Оригинальная статья
Аннотация: В работе получены при различных температурах спекания и исследованы образцы керамики 3-х компонентной системы ниобата бария – кальция – стронция (Ca0,28Ba0,72)0,25(Sr0,61Ba0,39)0,75Nb2O6 (CSBN25), являющейся наноструктурированным твердым раствором.. Исследовалось влияние температуры спекания на структуру и диэлектрические свойства керамики CSBN25. Установлено, что оптимальными сегнетоэлектрическими свойствами обладает образец CSBN25, полученный при температуре спекания 1300°C. Для данного образца, размер пор не превышает 10-100 нм, тогда как у образцов, спеченных при других температурах поры могут достигать и 10 мкм. Также, на примере керамики CSBN25, показана прямая связь между однородностью структуры зерен и плотностью их упаковки с диэлектрическими свойствами образцов: максимальные плотность и значение диэлектрической проницаемости имеют образцы, имеющие плотную однородную структуру зерен не только на поверхности, но и в объеме образца. Увеличение температуры спекания керамики CSBN25 до 1350°С приводит к возникновению в объеме образца аморфного состояния, и, как следствие, к уменьшению значений диэлектрической проницаемости.
Ключевые слова: пьезоэлектрическая керамика ниобата бария – кальция – стронция, бессвинцовые материалы, структура зерен, диэлектрическая проницаемость.
- Кислова Инна Леонидовна – к.ф.-м.н., доцент, доцент кафедры физики конденсированного состояния, 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»
- Иванова Полина Андреевна – студентка 3 курса физико-технического факультета , ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Иванова Александра Ивановна – к.ф.-м.н., доцент кафедры прикладной физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
Ссылка на статью:
Кислова, И.Л. Получение керамики ниобата бария – кальция – стронция с оптимальными для практического применения свойствами / И.Л. Кислова, О.В. Малышкина, П.А. Иванова, А.И. Иванова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 736-745. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.736.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Choi, S.B. Piezoelectric actuators. Control applications of smart materials / S.B. Choi, Y.M. Han. – Baco Raton, London, New Tork: CRC Press, 2010. – 276 p.
2. Schwartz, M. Smart materials / M. Schwartz. – Baco Raton: CRC Press, 2008. – 554 p. DOI: 10.1201/9781420043730.
3. Uchino, K. Advanced piezoelectric materials. Science and technology / K. Uchino. – Oxford, Cambridge, Philadelphia, New Delhi: Woodhead Publishing, 2010. – 688 p.
4. Головнин, В.А. Физические основы, методы исследования и практическое применение пьезоматериалов / В.А. Головнин, И.А. Каплунов, Б.Б. Педько, О.В. Малышкина, А.А. Мовчикова. – М.: ТЕХНОСФЕРА, 2013. – 272 с.
5. Malič, B. Lead-free piezoelectrics based on alkaline niobates: Synthesis, sintering and microstructure / B. Malič, A. Benčan, R. Tadej, K. Marija // Acta Chimica Slovenica. – 2008. – V. 55. – I. 4. – P. 719-726.
6. Zhao, J.-Q. Preparation, characterisation, and electrical properties of (K0.5Na0.5)NbO3 lead-free piezoelectric ceramics / J.-Q. Zhao, Y.-G. Liu, M.-H. Fang et al. // Journal of Electroceramics. – 2014. – V. 32. – I. 2-3. – P. 255-259. DOI: 10.1007/s10832-013-9883-z.
7. Bai, W. Electromechanical properties and structure evolution in BiAlO3-modified Bi0.5Na0.5TiO3–BaTiO3 lead-free piezoceramics / W. Bai, D. Chen, Y. Huang et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2016. – V. 667. – P. 6-17. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.01.144.
8. Ji, W.-J. Microstructure and electric properties of lead-free 0.8Bi1/2Na1/2TiO3–0.2Bi1/2K1/2TiO3 ceramics / W.-J. Ji, Y.-B. Chen, S.-T. Zhang et al. // Ceramics International. – 2012. – V. 38. – I. 2. – P. 1683-1686. DOI: 10.1016/j.ceramint.2011.09.061.
9. Malyshkina, O.V. Effect of sintering temperature on dielectric properties of barium titanate ceramics and composite / O.V. Malyshkina, G.S. Shishkov, A.A. Martyanov, A.I. Ivanova // Modern Electronic Materials. – 2020. – V.6. – I. 4. – P. 141-146. DOI: 10.3897/j.moem.6.4.65576.
10. Hollenstein, E. Temperature stability of the piezoelectric properties of Li-modified KNN ceramics / E. Hollenstein, D. Damjanovic, N. Setter // Journal of the European Ceramic Society. – 2007. – V. 27. – I. 13-15. – P. 4093-4097. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2007.02.100.
11. Lau, S.T. Lead-free ceramics for pyroelectric applications / S.T. Lau, C.H. Cheng, S.H. Choy et al. // Journal of Applied Physics. – 2008. – V. 103. – I. 10. – P. 104105-104105. DOI: 10.1063/1.2927252.
12. Es’kov, A.V. Investigation of the electrocaloric effect in strontium barium niobate (SBN) ceramics with rareearth dopants / A.V. Es’kov, A.S. Anokhin, M.T. Bui et al. // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – V. 1038. – Art. № 012115. – 5 p. DOI:10.1088/1742-6596/1038/1/012115.
13. Chen, H. Induced anisotropic behavior and enhanced electrical properties on hot-pressed strontium barium niobate ceramics / H. Chen, S. Guo, C. Yao et al. // Ceramics International. – 2017. – V. 43. – I. 4. – P. 3610-3615. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.11.198.
14. Ke, S. Dielectric, ferroelectric properties, and grain growth of Ca�Ba1−�Nb2O6 ceramics with tungstenbronzes structure / S. Ke, H. Fan, H. Huang et al. // Journal of Applied Physics. – 2008. – V. 104. – I. 2. – P. 024101-1-024101-6. DOI: 10.1063/1.2956615.
15. Yao, Y. Pyroelectric properties of calcium doped strontium barium niobate ceramics Sr0.65−xCaxBa0.35Nb2O6 (x = 0.05-0.425) / Y. Yao, K. Guo, D. Bi et al. // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. – 2018. – V. 29. – I. 20. – P. 17777-17785. DOI: 10.1007/s10854-018-9885-3.
16. Li, B. Effect of K:Ba ratio on energy storage properties of strontium barium potassium niobate glass ceramics / B. Li, D. Wang,·G. Chen et al. // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. – 2019. – V. 30. – I. 21. – P.19262-19269. DOI: 10.1007/s10854-019-02285-x.
17. Ainger, F.W. The search for new ferroelectrics whith the tungsten bronze structure // W.F. Ainger, W.P. Bickley, G.V. Smith // Proceedings of the British Ceramic Society. – 1970. – V. 18. – P. 221-237.
18. Lukasiewicz, T. Strontium–barium niobate single crystals, growth and ferroelectric properties. / T. Lukasiewicz, M.A. Swirkowicz, J. Dec et al. // Journal of Crystal Growth. – 2008. – V. 310. – I. 7. – P. 1464-1469. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2007.11.233.
19. Малышкина, О.В. Пироэлектрические и диэлектрические свойства монокристаллов ниобата кальция-бария / О.В. Малышкина, В.С. Лисицын, J. Dec, T. Łukasiewicz // Физика твердого тела. – 2014. – Т. 56. – Вып. 9. – С. 1763-1766.
20. Shashkov, M.S. Pyroelectric properties of the calcium-strontium-barium niobate single crystals / M.S. hashkov, O.V. Malyshkina, E.V. Barabanova, J. Dec // Ferroelectrics. – 2016. – V. 499. – I. 1. – P. 23-27 DOI: 10.1080/00150193.2016.1171648.
21. Muehlberg, M. Phase equilibria, crystal growth and characterization of the novel ferroelectric tungsten bronzes CaxBa1-xNb2O6 (CBN) and CaxSryBa1-x-yNb2O6 (CSBN) / M. Muehlberg, M. Burianek, B. Joschko et al. // Journal of crystal growth. – 2008. – V. 310. – I. 7-9. – P. 2288-2294. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2007.12.023.
22. Chen, H. CaxSr0.3−xBa0.7Nb2O6 lead-free pyroelectric ceramics with high depoling temperature / H. Chen, S. Guo, X. Dong et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2017. – V. 695. – P. 2723-2729. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.11.192.
23. Malyshkina, O. Effect of Ca, Sr and Ba distribution on the relaxor properties of CSBN single crystals / O. Malyshkina, A. Ivanova, Y. Malyshkin et al. // Ferroelectrics. – 2017. – V. 511. – I. 1. – P. 76-81. DOI: 10.1080/00150193.2017.1334183.
24. Гусева, О.С. Особенности структуры керамики на основе ниобата бария - кальция / О.С. Гусева, О.В. Малышкина, А.И. Иванова, К.Н. Бойцова // Физико- химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 85-95. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.085.