Введение 3
Глава 1. Обзор литературы 5
1.1. Диэлектрики 5
1.2. Диэлектрические свойства 6
1.3. Поляризация диэлектриков 9
1.4. Пробой диэлектриков 12
1.5. Активные диэлектрики 13
1.6. Сегнетоэлектрики 14
1.7. PZT керамика 17
Заключение по главе 1 20
Глава 2. Методы исследования диэлектрических свойств PZT керамики 21
2.1. Схема Сойера - Тауэра 21
2.2. Исследования при помощи диэлектрического спектрометра 23
Заключение по главе 2 26
Глава 3. Эксперимент 27
3.1. Объект исследования 27
3.2. Экспериментальная установка 28
3.3. Описание эксперимента 34
3.4. Обсуждение результатов 37
Выводы по эксперименту 56
Заключение 57
Благодарности 58
Список использованной литературы
Керамические твердые растворы цирконата-титаната свинца Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) являются базовыми материалами пьезотехники [1]. С начала 90-х годов прошлого века началось интенсивное исследование керамических тонких пленок PZT. Их прикладной потенциал оказался гораздо шире: пленки находят применение в микроэлектромеханике, ИК- и СВЧ-технике, в неразрушаемой памяти, в магнетоэлектрических преобразователях [2].
По сравнению с монокристаллическими пьезоэлектриками пьезокерамика PZT, являясь поликристаллическим сегнетоэлектриком, отличается технологичностью, дешевизной и выраженностью пьезоэлектрических и диэлектрических свойств. Из пьезокерамики можно изготавливать изделия любой формы - пластины, диски, цилиндры, трубки, сферы и т.п., которые чрезвычайно сложно или невозможно изготавливать из монокристаллов. Пьезокерамика широко используется для созданий датчиков ускорений, давлений, пьезоотметчиков ударных волн, мощных излучателей ультразвука и ударных волн, пьезотрансформаторов, пьезорезонансных фильтров, линии задержки. Пьезокерамики стойки к действию влаги, к механическим нагрузкам и атмосферным воздействиям.
В настоящее время PZT керамика активно модифицируется, в структуру внедряют ионы железа, никеля и др., меняя и варьируя её физико¬химические свойства, чтоб создать на ее основе многофункциональный магнитоэлектрический материал (мультиферроики). Мультиферроики уже используются в сенсорах магнитного поля. В перспективе ожидается применение в электрически переключаемых постоянных магнитах, устройств магнитной памяти (жесткие диски, магнитная оперативная память, спиновый полевой транзистор, преимуществом которого является то, что он сохраняет своё состояние даже в отсутствие питания, т.е. является энергонезависимым, и, следовательно, может служить элементом памяти), в технологиях беспроводной передачи энергии и энергосберегающих технологиях.
Поэтому исследование электрических и магнитных свойств модифицированной PZT керамики является очень актуальной задачей.
Цель исследования - установить влияние имплантированной примеси железа с разными дозами и последующего термического отжига на модификацию диэлектрических и магнитных свойств PZT керамики.
Задачи исследования:
1. Провести измерения диэлектрической проницаемости чистой и имплантированой PZT керамики при различной температуре образца, частоте и значений приложенного электрического поля;
2. Провести измерения кривых намагниченности образцов;
3. Исследовать влияние отжига образцов в восстановительной и окислительной средах на их физические свойства.
4. Исследовать влияние концентрации ионов железа на сегнетоэлектрические и магнитные свойства.
В результате проделанной работы было выполнено следующее:
1. Отработана методика измерения диэлектрических спектров сегнетоэлектрика на образце титаната бария. Измерены диэлектрические спектры PZT керамики с различной концентрацией ионов железа в диапазоне температур от -155 °C до 400 °C. Определена точка Кюри PZT керамики: Tc=305 °C.
2. Проведены измерения магнитной восприимчивости нелегированной и легированной железом керамики PZT. Выявлено, что "чистая"PZT керамика является диамагнетиком, а - керамика, легированная железом проявляет свойства, характерные для ферромагнетиков.
3. С целью выявления отличий электрических свойств "чистой" и легированной железом керамики PZT были проведены измерения диэлектрической проницаемости в сильных постоянных электрических полях. Образцы измерялись до и после отжига. Значительных отличий не выявлено.
Проведенное исследование позволяет сказать, что в отличие от "чистой"PZT керамики, керамика, легированная железом, представляет собой мультиферроик, так как наряду с сегнетоэлектрическими свойствами проявляет и ферромагнитные свойства. Вопрос об отличии электрических свойств "чистой" и легированной керамики остаётся открытым и требует дальнейшего исследования.
Измерения электрических свойств PZT керамики выполнялись в лаборатории диэлектрической спектроскопии на оборудовании ФЦКП ФХИ КФУ.
