Малые частицы наряду с общепринятыми методами можно получить, внедряя сегнетоэлектрические материалы в пористые матрицы. В качестве таких матриц могут выступать пористые стекла, силикагели, цеолиты или мезопористые вещества. В этом случае малые частицы образуют сеть, геометрия которой подчиняется геометрии структуры пор, а размеры частиц определяются размерами пор. Для изучения поведения триглицинсульфата (ТГС) в нанопорах использовались силикатные материалы SBA-15 и MCM-41. Эти материалы имеют гексагональную структуру типа пчелиных сот с толщиной стенок 0,6 - 0,8 нм и калиброванным размером каналов-пор: SBA-15 - 52А, MCM-41(C-16) - 37А, MCM-41(C-12) - 20А. (Под размером пор понимается расстояние между центрами гексагональных ячеек - рис.1).
Рисунок 1. Расстояние между центрами гексагональных ячеек
Триглицинсульфат (NH2CH2COOH)3×H2SO4 - классический сегнетоэлектрик типа порядок-беспорядок с фазовым переходом в районе 49 С. Параметры элементарной ячейки по литературным данным: a=9,42А, b=12,64А, c=5,73А. Сегнетоэлектрической осью является ось b, по которой наблюдается значительная аномалия диэлектрической проницаемости в районе фазового перехода.Внедрения ТГС в поры осуществлялись из водного раствора. Сегнетоэлектрик растворялся в дистиллированной воде до получения насыщенного раствора. Порошок мезопористого вещества засыпался в раствор так, чтобы весь раствор проник в поры, после чего смесь высушивалась. Из приготовленного порошка при давлении 5000-6000 кг/cм2 прессовались образцы в виде таблеток диаметром 10 мм. Диэлектрические измерения проводились на частоте104 Гц c использованием измерителя импеданса - E7-14 и на частоте 106 Гц c использованием LRC-метра - E7-12. В качестве электродов применялась In-Ga паста. Перед измерениями для удаления адсорбированной воды образцы подвергались вакуумной сушке.
Как показали исследования, в матрицах с размером пор 52А в районе сегнетоэлектрического фазового перехода на частоте 104 Гц диэлектрическая проницаемость составляет 850-900, в то время как для чистого прессованного ТГС это значение составляет 120 (рис.2). Кроме роста проницаемости для этих образцов наблюдается значительное увеличение тангенса диэлектрических потерь по сравнению с образцом из чистого ТГС, что связано с увеличением проводимости. Возрастание эффективной проницаемости может быть объяснено ослаблением химических связей и миграцией ионов внутри пор, что приводит к появлению Максвелл-Вагнеровской поляризации.
Со временем в образцах наблюдается уменьшение проницаемости. Процесс «старения» в зависимости от температуры может длиться от нескольких часов до месяцев. Было замечено, что при попытке поляризации образцов постоянным полем с напряженностью 2 кВ/см скорость «старения» резко увеличивается.
Рисунок 2. Показания исследований
Рисунок 3. Показания исследований
По мере уменьшения размера пор (37А, 20А) наблюдается возрастание ионно-миграционной поляризации, а аномалия диэлектрической проницаемости в районе фазового перехода исчезает (рис.3).
На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы. При помещении ТГС в поры:
- В силикатных матрицах с размерами пор 52А наблюдается увеличение действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости, что связано с увеличением проводимости и возникновением межслоевой поляризации на границах.
- С уменьшением размера пор уменьшается энергия активации; оценки, сделанные из температурного хода проводимости, дают Еа =0,624 эВ для 37 А и Еа = 0,417 эВ для 20 А. Последнее приводит к увеличению потерь и ионно-миграционной поляризации.
- При отношении размера пор к большему размеру элементарной ячейки ≤ 3 аномалия диэлектрической проницаемости ТГС на фазовом переходе не наблюдается, что, вероятно, связано с невозможностью существования сегнетоэлектрического фазового перехода в частицах таких размеров.
Список литературы
- J.F.Scott, C.A.Paz de Aranjo. Science 246, 1400 (1989).
- Ferroelectric Ceramics, ed. By N. Setter and E.L. Colla (Birkhause, Basel, 1993).
Библиографическая ссылка
Стукова Е.В., Барышников С.В. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПОРИСТЫХ МАТРИЦ, ЗАПОЛНЕННЫХ ТРИГЛИЦИНСУЛЬФАТОМ // Современные наукоемкие технологии. – 2006. – № 1. – С. 63-64;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=22336 (дата обращения: 25.04.2024).