Фазы, фазовые состояния и морфотропные области в n ­компонентных системах сегнетоэлектрических твердых растворов

Твердотельные состояния:

Научная новизна

• 
  проведено систематическое, комплексное (включающее разнообразные экспериментальные методы и феноменологические подходы) детальное исследование большого количества систем твердых растворов с морфотропными границами, подобными реализуемым в системе ЦТС;
  
• 
  построены фазовые х-Т-диаграммы систем, содержащие в однофазных областях изосимметрийные состояния, характеризующиеся различным поведением структурных и электрофизических параметров, а также участки их сосуществования с постоянством объемов элементарных ячеек. Дано научное истолкование появлению таких состояний в рамках реальной (дефектной) структуры твердых растворов;
  
• 
  в бинарных системах ЦТС и PMN-PT в области ромбоэдрически (Рэ)-тетрагонального (Т) перехода обнаружены две промежуточные сегнетоэлектрические фазы более низкой симметрии, одна из которых (моноклинная – в системе PMN-PT) – неустойчива и разрушается при измельчении образцов;
  
• 
  в рамках феноменологической теории фазовых переходов показано и экспериментально подтверждено, что на фазовой х-Т-диаграмме системы ЦТС существуют особые линии, обусловливающие появление двух критических точек Кюри, а также существенное увеличение скорости падения диэлектрической проницаемости с понижением температуры;
  
• 
  установлено, что в n-компонентных (n = 34) системах твердых растворов на основе ЦТС с подобной морфотропной областью фазовая картина упрощается за счет уменьшения фазовых состояний и промежуточных фаз, а Р_э – Т переход сдвигается в сторону меньшего содержания PbTiO₃, что связывается с уменьшением дефектности твердых растворов;
  
• 
  в системе ЦТС выявлены три интервала температур (25 С  Т < 270 С, 270 С  Т < 360 С, 360 С  Т  500 С) зависимостей обратной диэлектрической проницаемости, существование которых объясняется в рамках термодинамической теории, а экспериментально они проявляются в виде лежащей вблизи переходов в кубическую фазу "области нечеткой симметрии", положение и протяженность (по температуре) которой зависят от состава твердых растворов, а также области аномального поведения диэлектрической проницаемости и немонотонного изменения параметров ячейки твердых растворов с х  0,49.
  

1. 
   Выделена группа твердых растворов состава 0.98(Pb_0,9727Sr_0,0273)(Ti_0,455Zr_0,545)O₃  0.02”Pb(Nb_1/2Bi_1/2)O₃” + 2 вес.% PbGeO с высокими температурами Кюри Т_с (350  360 С), достаточно высокими относительной диэлектрической проницаемостью ₃₃^Т/₀ (≥ 1500), пьезоэлектрическими параметрами K_p (0.57  0.58), |d₃₁| (≥ 100 пКл/Н) при низких диэлектрических (tg < 0.02) потерях, предназначенных для устройств, работающих в силовых режимах (пьезодвигателях, ультразвуковых излучателях и пр.).
   
2. 
   Выявлена область твердых растворов состава 0,98Pb(Ti_0,465Zr_0,535)O₃ – 0,02Ba(W_1/3Bi_2/3)O₃ с высокими температурами Кюри Т_с (≥ 360 С), пьезоэлектрическими параметрами K_p (~ 0.55), |d₃₁| (100 пКл/Н) при средних значениях относительной диэлектрической проницаемости (₃₃^Т/₀ ≤ 1300), низких диэлектрических (tg < 0.02) потерях, которые возможно использовать в качестве основы высокотемпературных преобразователей с широкой полосой пропускания, эксплуатируемых в среднечастотном диапазоне.
   
3. 
   Получены твердые растворы состава 0.98(0,41PbTiO₃- 0,295PbZrO₃– 0,295PbNb_2/3Mg_1/3O₃) – 0.02PbGeO₃, характеризующиеся достаточно высокими значениями температуры Кюри Т_с  300 С, относительной диэлектрической проницаемости ₃₃^Т/₀ =2100, пьезомодулей |d₃₁| = 150 пКл/Н, d₃₃= 345 пКл/Н, пьезочувствительности |g₃₁| = |d₃₁|/ε₃₃^T= 8.1 мВ/Н и удельной чувствительности = 8 пКл/Н, учитывающей внутреннее сопротивление приемника ультразвука, перспективные при работе как на нагрузку, так и в режиме холостого хода преобразователей, эксплуатируемых в среднечастотном диапазоне.