Синтез, структура, диэлектрические и нелинейные оптические свойства керамики системы (K0.5Na0.5)NbO3–BaZrO3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом твердофазного синтеза получены однофазные керамические образцы новых составов: (1 – x)(K0.5Na0.5)NbO3⋅xBaZrO3 (x = 0–0.06), в том числе модифицированные добавками оксидов SiO2 и ZnO, и изучены их кристаллическая структура, микроструктура, диэлектрические и нелинейные оптические свойства. Установлено формирование фазы со структурой перовскита с ромбической элементарной ячейкой во всех синтезированных образцах, зафиксировано увеличение объема элементарной ячейки в результате частичного замещения катионов базового состава на катионы комплексной добавки. Сегнетоэлектрические фазовые переходы подтверждены методами диэлектрической спектроскопии и генерации второй гармоники лазерного излучения. Выявлено понижение температуры фазовых переходов при допировании добавками оксидов SiO2 и ZnO из сегнетоэлектрической ромбической фазы в сегнетоэлектрическую тетрагональную, затем – в кубическую параэлектрическую фазу.

Об авторах

Г. М. Калева

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук

Email: kaleva@nifhi.ru
Россия, 119991, Москва, ул. Косыгина, 4

Е. Д. Политова

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук

Email: kaleva@nifhi.ru
Россия, 119991, Москва, ул. Косыгина, 4

С. А. Иванов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: kaleva@nifhi.ru
Россия, 119991, Москва, ул. Косыгина, 4; Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1

А. В. Мосунов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: kaleva@nifhi.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1

С. Ю. Стефанович

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: kaleva@nifhi.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1

Н. В. Садовская

Институт кристаллографии, федеральный научно-исследовательский центр “Кристаллография и фотоника” Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: kaleva@nifhi.ru
Россия, 119333, Москва, Ленинский пр., 59

Список литературы

  1. Gupta V., Sharma M., Thakur N. Optimization Criteria for Optimal Placement of Piezoelectric Sensors and Actuators on a Smart Structure: A Technical Review // J. Intell. Mater. Syst. Struct. 2010. V. 21. P. 1227–1243. https://doi.org/10.1177/1045389X10381659
  2. Sodano H.A., Henry A., Inman D.J., Park G. Comparison of Piezoelectric Energy Harvesting Devices for Recharging Batteries // J. Intell. Mater. Syst. Struct. 2005. V. 16. P. 799–807. https://doi.org/10.1177/1045389X05056681
  3. Sodano H.A., Park G., Inman D.J. Estimation of Electric Charge Output for Piezoelectric Energy Harvesting // Strain. 2004. V. 40. P. 49–58. https://doi.org/10.1111/j.1475-1305.2004.00120.x
  4. Веневцев Ю.Н., Политова Е.Д., Иванов С.А. Сегнето- и антисегнетоэлектрики семейства титаната бария. М.: Химия, 1985. 256 с.
  5. Zhang Sh.J., Eitel R.E., Randall C.A., Shrout T.R., Alberta E.F. Manganese-Modified BiScO3–PbTiO3 Piezoelectric Ceramic for High-Temperature Shear Mode Sensor // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 86. P. 262904–262904-3. https://doi.org/10.1063/1.1968419
  6. Maeder M.D., Damjanovic D., Setter N. Lead Free Piezoelectric Materials // J. Electroceram. 2004. V. 13. P. 385–392. https://doi.org/10.1007/S10832-004-5130-Y
  7. Saito Y., Takao H., Tani I., Nonoyama T., Takatori K., Homma T., Nagaya T., Nakamura M. Lead-Free Piezoceramics // Nature. 2004. V. 432. P. 84–87. https://doi.org/10.1038/nature03028
  8. Takenaka T., Nagata H., Hiruma Y., Yoshii Y., Matumoto K. Lead-Free Piezoelectric Ceramics Based on Perovskite Structures // J. Electroceram. 2007. V. 19. P. 259–265. https://doi.org/10.1007/s10832-007-9035-4
  9. Takenaka T., Nagata H., Hiruma Y. Current Development and Prospective of Lead-Free Piezoelectric Ceramics // Jpn. J. Appl. Phys. 2008. V. 47. P. 3787–3801. https://doi.org/10.1143/JJAP.47.3787
  10. Rödel J., Jo W., Seifert T.P., Anton E.-M., Granzow T., and Damjanovic D. Perspective of the Development of Lead-Free Piezoceramics // J. Am. Ceram. Soc. 2009. V. 92. P. 1153– 1177. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2009.03061.x
  11. Panda P.K. Review: Environmental Friendly Lead-Free Piezoelectric Materials // J. Mater. Sci. 2009. V. 44. P. 5049–5062. https://doi.org/10.1007/s10853-009-3643-0
  12. Zhen Y.H., Li J.F. Normal Sintering of (K,Na)NbO3-Based Ceramics: Influence of Sintering Temperature on Densification, Microstructure, and Electrical Properties // J. Am. Ceram. Soc. 2006. V. 89. P. 3669–3675. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2006.01313.x
  13. Bernard J., Bencan A., Rojac T., Holc J., Malic B., Kosec M. Low Temperature Sintering of (K0.5Na0.5)NbO3 Ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 2008. V. 91. P. 2409–2411. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2008.02447.x
  14. Guo Y., Kakimoto K.-I., Ohsato H. Phase Transitional Behavior and Piezoelectric Properties of (Na0.5K0.5)NbO3–LiNbO3 Ceramics // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 85. P. 4121–4123. https://doi.org/10.1063/1.1813636
  15. Ming B.Q., Wang J.F., Qi P., Zang G.Z. Piezoelectric Properties of (Li, Sb, Ta) Modified (Na,K)NbO3 Lead-Free Ceramics // J. Appl. Phys. 2007. V. 101. P. 054103–054103-4. https://doi.org/10.1063/1.2436923
  16. Jiang X.P., Yang Q., Yu Z.D., Hu F., Chen C., Tu N., Li Y.M. Microstructure and Electrical Properties of Li0.5Bi0.5TiO3-Modified (Na0.5K0.5)NbO3 Lead-Free Piezoelectric Ceramics // J. Alloys Compd. 2010. V. 493. P. 276–280. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.12.079
  17. Lin D., Kwok K.W., Chan H.L.W. Dielectric and Piezoelectric Properties of K0. 5Na0.5NbO3 – AgSbO3 Lead-Free Ceramics // J. Appl. Phys. 2009. V. 106. P. 034102–034102-5. https://doi.org/10.1063/1.3186039
  18. Sun X., Chen J., Yu R., Sun C., Liu G., Xing X., Qiao L. BiScO3 Doped (Na0.5K0.5)NbO3 Lead-Free Piezoelectric Ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 2009. V. 92. P. 130–132. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2008.02863.x
  19. Hao J., Xu Z., Chua R., Zhanga Y., Li G., Yin Q. Effects of MnO2 on Phase Structure, Microstructure and Electrical Properties of (K0.5Na0.5)0.94Li0.06NbO3 Lead-Free Ceramics // Mater. Chem. Phys. 2009. V. 118. № 1. P. 229–233. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2009.07.046
  20. Politova E.D., Golubko N.V., Kaleva G.M., Mosunov A.V., Sadovskaya N.V., Stefanovich S.Yu., Kiselev D.A., Kislyuk A.M., Panda P.K. Processing and Characterization of Lead-Free Ceramics on the Base of Sodium–Potassium Niobate // J. Adv. Dielectr. 2018. V. 8. № 1. 1850004 (8 p.). https://doi.org/10.1142/S2010135X18500042
  21. Politova E.D., Golubko N.V., Kaleva G.M., Mosunov A.V., Sadovskaya N.V., Stefanovich S.Yu., Kiselev D.A., Kislyuk A.M., Chichkov M.V., Panda P.K. Structure, Ferroelectric and Piezoelectric Properties of KNN-Based Perovskite Ceramics // Ferroelectrics. 2019. V. 538 P. 45–51. https://doi.org/10.1080/00150193.2019.1569984
  22. Kim J.-W., Ryu J., Hahn B.-D., Choi J.-J., Yoon W.-H., Ahn C.-W., Choi J.-H., Park D.-S. Physical Properties of A(Cu1/3Nb2/3)O3 (A = Ba, Sr, Ca)-Substituted BaTiO3 System Grown by Using Aerosol Deposition // J. Korean Phys. Soc. 2013. V. 63. № 12. P. 2296–2300. https://doi.org/10.3938/jkps.63.2296
  23. Политова Е.Д., Калева Г.М., Мосунов А.В., Садовская Н.В., Ильина Т.С., Киселев Д.А., Шварцман В.В. Получение и свойства модифицированных керамик ниобата калия-натрия // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. № 8. С. 1156–1162. https://doi.org/10.31857/S0044457X21080237
  24. Калева Г.М., Политова Е.Д., Мосунов А.В., Стефанович С.Ю. Фазообразование, структура и диэлектрические свойства модифицированной керамики ниобата калия-натрия // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 10. С. 1130–1136. https://doi.org/10.31857/S0002337X20100073
  25. Louër D., Weigel D., Louboutin R. Méthode Directe de Correction des Profils de Raies de Diffraction des Rayons X. I. Méthode Numérique de Déconvolution // Acta Crystallogr., Sect. A. 1969. V. 25. P. 335–338. https://doi.org/10.1107/s0567739469000556
  26. Louboutin R., Louër D. Méthode Directe de Correction des Profils de Raies de Diffraction des Rayons X. III. Sur la Recherche de la Solution Optimale Lors de la Déconvolution // Acta Crystallogr., Sect. A. 1972. V. 28. P. 396–400. https://doi.org/10.1107/S056773947200107X
  27. Le Bail A., Louër D. Smoothing and Validity of Crystallite-Size Distributions from X-ray Line-Profile Analysis // J. Appl. Crystallogr. 1978. V. 11. P. 50–55. https://doi.org/10.1107/S0021889878012662
  28. Zhurov V.V., Ivanov S.A. PROFIT Computer Program for Processing Powder Diffraction Data on an IBM PC with a Graphic User Interface // Crystallogr. Rep. 1997. V. 42. P. 202–206.
  29. Maltoni P., Sarkar T., Varvaro G., Barucca G., Ivanov S.A., Peddis D., Mathieu R. Towards bi-Magnetic Nanocomposites as Permanent Magnets through the Optimization of the Synthesis and Magnetic Properties of SrFe12O19 Nanocrystallites // J. Phys. D: Appl. Phys. 2021. V. 54. P. 124004–124017.
  30. Maltoni P., Ivanov S.A., Barucca G., Varvaro G., Peddis D., Mathieu R. Complex Correlations between Microstructure and Magnetic Behavior in SrFe12O19 Hexaferrite Nanoparticles // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 23307–23316. https://doi.org/10.1038/s41598-021-02782-2
  31. Kurtz S.K., Perry T.T. A Powder Technique for the Evaluation of Nonlinear Optical Materials // J. Appl. Phys. 1968. V. 39. № 8. P. 3798–3813. https://doi.org/10.1109/JQE.1968.107510810.1109/JQE.1968.1075108https://doi.org/10.1063/1.1656857
  32. Stefanovich S.Yu. Second Harmonic in Reflection in Material Science of Ferroelectrics // Eur. Conf. on Lasers and Elecrto-Optics (CLEO-Europe'94). Amsterdam. 1994. P. 249–250.
  33. Jerphagnon J. Invariants of the Third-Rank Cartesian Tensor: Optical Nonlinear Susceptibilities // Phys. Rev. B. 1970. V. 2. № 4. P. 1091–1098. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.2.1091

Дополнительные файлы


© Г.М. Калева, Е.Д. Политова, С.А. Иванов, А.В. Мосунов, С.Ю. Стефанович, Н.В. Садовская, 2023