Гистерезисные явления в ниобийсодержащих кристаллах титаната бария
Н.Н. Большакова, Д.А. Павлов, Е.М. Семенова
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.044
Оригинальная статья
Аннотация: В работе представлены результаты экспериментального исследования процессов переполяризации ниобийсодержащих кристаллов BaTiO3. Показано, что с ростом концентрации ниобия в BaTiO3:Nb5+ от 0,1 до 0,9 мол.%, значения переключаемой поляризации кристаллов увеличиваются по сравнению аналогичными для чистого титаната бария на 20-30%. Коэрцитивные поля также возрастают: максимальное увеличение коэрцитивного поля на 95% наблюдается для кристаллов с концентрацией ниобия 0,9 мол.%. Существенное влияние на процессы переключения оказывает частота поля: с ростом частоты переполяризующего кристаллы BaTiO3:Nb5+ поля 9,6ꞏ104 Вꞏм-1 величины переключаемой поляризации монотонно убывают до частот порядка 500 Гц, а коэффициента диэлектрической вязкости – до 200 Гц. С дальнейшим увеличением частоты поля
значения поляризации и коэффициента диэлектрической вязкости остаются практически неизменными. Установлено, что в интервале частот от 30 Гц до 90 Гц доменная структура кристалла BaTiO3 активно участвует в процессах его переполяризации.
Ключевые слова: титанат бария, гистерезисные свойства, переключаемая поляризация, диэлектрическая проницаемость, диэлектрическая вязкость, доменная структура
- Большакова Наталья Николаевна – к.ф.-м.н., доцент, доцент кафедры физики конденсированного состояния, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Павлов Дмитрий Алексеевич – студент 1 курса магистратуры, физико-технический факультет, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Семенова Елена Михайловна – к.ф.-м.н., доцент кафедры физики конденсированного состояния, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
Ссылка для цитирования:
Большакова, Н.Н. Гистерезисные явления в ниобийсодержащих кристаллах титаната бария / Н.Н. Большакова, Д.А. Павлов, Е.М. Семенова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 044-051. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.044. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Adediji, Y.B. A review of energy storage applications of lead-free BaTiO3-based dielectric ceramic capacitors / Y.B. Adediji, A.M. Adeyinka, D.I. Yahya, O.V. Mbelu // Energy, Ecology and Environment. – 2023. – V. 8. – I. 5. – P. 401-419. DOI: 10.1007/s40974-023-00286-5.
2. Huang, Y. Electrocaloric effect in chemically modified barium titanate ferroelectric ceramics / Y. Huang, X. Ma, W. Shi et al. // Ceramics International. – 2024. – V. 50. – I. 23. – P. 50098-50106. DOI: 10.1016/j.ceramint.2024.09.356.
3. Sood, A. A comprehensive review on barium titanate nanoparticles as a persuasive piezoelectric material for biomedical applications: prospects and challenges / A. Sood, M. Desseigne, A. Dev et al. // Small. – 2023. – V. 19. – I. 12. – Art. № 2206401 – 29 p. DOI: 10.1002/smll.202206401.
4. Тумаркин, А.В. Структурные и электрические свойства стеклокерамических сегнетоэлектрических композитных материалов / А.В. Тумаркин, Е.Н. Сапего, А.Г. Гагарин и др. // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. – 2022. – Т. 25. – № 3. – С. 86-95. DOI: 10.32603/1993-8985-2022-25-3-86-95.
5. Мыльников, И.Л. Влияние размеров зерен на температурный гистерезис керамического титаната бария / И.Л. Мыльников, И.П. Сошников, А.И. Дедык и др. // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. – 2025. – T. 28. – № 2. – С. 57-68. DOI: 10.32603/1993-8985-2025-28-2-57-68.
6. Абдуллаев, Д.А. Сегнетоэлектрическая память: современное производство и исследования / Д.А. Абдуллаев, Р.А. Милованов, Р.Л. Волков и др. // Российский технологически журнал. – 2020. – Т. 8. – № 5. – С. 44-67. DOI: 10.32362/2500-316X-2020-8-5-44-67.
7. Difeo, M. A suitable approach to achieve functional (Bi,Na)TiO3-based lead-free piezoceramics via compositional design for energy storage applications / M. Difeo, F. Rubio-Marcos, A. Del Campo et al. // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. – 2023. – V. 34. – I. 28. – Art. № 1962. – 11 p. DOI: 10.1007/s10854-023-11258-0.
8. Cai, E. Superior piezoelectricity in lead-free barium titanate piezoceramics / E. Cai, S. Peng, Q. Liu // Journal of Materiomics. – 2024. – V. 10. – I. 3. – P. 694-706. DOI: 10.1016/j.jmat.2023.09.006.
9. Acosta, M. BaTiO3-based piezoelectrics: Fundamentals, current status, and perspectives / M. Acosta, N. Novak, V. Rojas et al. // Applied Physics Reviews. – 2017. – V. 4. – I. 4. – Art. № 041305. – 53 p. DOI: 10.1063/1.4990046.
10. Remeika, J.P. A method for growing barium titanate single crystals / J.P. Remeika, W.M. Jackson // Journal of the American Chemical Society. – 1954. – V. 76. – I. 3. – P. 940-941. DOI: 10.1021/ja01632a107.
11. Diamant, H. Bridge for accurate measurement of ferroelectric hysteresis / H. Diamant, K. Drenck, R. Pepinsky // Review of scientific instruments. – 1957. – V. 28. – I. 1. – P. 30-33. DOI: 10.1063/1.1715701.
12. Печерская, Е.А. Применение метода Сойера-Тауэра и его модификаций для измерения электрических параметров
сегнетоэлектриков / Е.А. Печерская // Измерительная техника. – 2007. – №. 10. – С. 54-58.
13. Бородина, В.В. Влияние механических напряжений на доменную структуру монокристаллов многоосных сегнетоэлектриков (на примере титаната бария) / В.В. Бородина, С.О. Крамаров // Российский технологически журнал. – 2020. – Т. 8. – №. 4. – С. 66-78. DOI: 10.32362/2500-316X-2020-8-4-66-78.
14. Рудяк, В.М. Процессы переключения в нелинейных кристаллах / В.М. Рудяк. – М.: Наука, 1986. – 248 с.
15. Patino, E. Structural and electronic effects in BaTiO3 due to the Nb doping / E. Patino, A. Stashans // Ferroelectrics. – 2001. – V. 256. – I. 1. – P. 189-200. DOI: 10.1080/00150190108015983.