Дослідження частотної залежності електричної провідності п'єзокераміки ЦТС
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2020-1-1Ключові слова:
частотна залежність, питома електрична провідність, п'єзокераміка, цирконат-титанат свинцю, механізм електричної провідностіАнотація
Мета роботи. Дослідити частотну залежність електричної провідності п'єзокераміки на основі твердих розчинів оксидів цирконата-титанату свинцю.
Методи дослідження. Для отримання частотної залежності електричної провідності п'єзокераміки на основі твердих розчинів оксидів цирконата-титанату свинцю використовувалась методика вимірювання опору зразка з нанесеними на його протилежні грані електродами. За отриманого значення опору обчислювалося значення питомої електричної провідності зразка при різних частотах.
Отримані результати. Авторами отримана частотна залежність питомої електричної провідності п'єзокераміки ЦТС-22 на основі твердих розчинів оксидів цирконата-титанату свинцю в діапазоні частот 0 < ν < 60 кГц. Питома електрична провідність п'єзокераміки ЦТС-22 збільшувалася у всьому діапазоні досліджених частот. При частотах до 20 кГц спостерігалося різке зростання питомої електричної провідності. При частотах ν > 20 кГц збільшення питомої електричної провідності припинялося, і при частотах ν > 30 кГц її значення виходило на насичення. Максимальне значення питомої електричної провідності γ = 0,55. 10-6 Ом-1.м-1 було отримано при частоті 60 кГц. Проведено аналіз частотної залежності питомої електричної провідності п'єзокераміки ЦТС-22 в діапазоні частот 0 < ν < 60 кГц. Встановлено, що в діапазоні частот 0 < ν < 10 кГц питома електрична провідність п'єзокераміки ЦТС-22 збільшується за степеневим законом. Обговорюється механізм зміни електричної провідності п'єзокераміки ЦТС при збільшенні частоти електричного поля. Отримана формула, задовільно описує експериментальну залежність питомої електричної провідності п'єзокераміки ЦТС-22 від частоти змінної напруги в діапазоні частот 0 <ν <10 кГц і яка відповідає степеневому закону А. Іончера. Питома електрична провідність не поляризованої п'єзокераміки ЦТС-19 збільшується в діапазоні частот 0 < ν < 100 кГц. В діапазоні частот 0 < ν < 20 кГц спостерігається степенева залежність, а при частотах ν > 20 кГц відбувається порушення степеневого закону і питома електрична провідність поступово збільшується, не виходячи на насичення.
Наукова новизна. Досліджено частотну залежність електричної провідності п'єзокераміки ЦТС-22 в діапазоні частот 0 < ν < 60 кГц. Встановлено, що питома електрична провідність п'єзокераміки ЦТС-22 підвищується зі збільшенням частоти електричного поля і в діапазоні частот 0 < ν < 10 кГц характер її зміни відповідає степеневому закону А. Іончера. Механізм зміни електричної провідності обумовлений стрибковою провідністю іонів і поляронів в діелектрику і пояснюється запізненням повільних механізмів поляризації. Характер залежності питомої електричної провідності п'єзокераміки ЦТС-19 обумовлений тим, що процеси поляризації не дають помітного внеску в дисперсію електричної провідності не поляризованої п'єзокераміки і запізнювання повільних механізмів поляризації не спостерігається.
Практична цінність. При експлуатації п'єзокераміки на основі твердих розчинів оксидів цирконата-титанату свинцю необхідно враховувати суттєву залежність її електричної провідності від частоти змінного електричного поля. Результати досліджень можуть бути використані для вивчення механізму електричної провідності пьезокерамічних матеріалів на основі твердих розчинів оксидів цирконата-титанату свинцю,що експлуатуються в електротехнічних і електронних виробах при впливі змінних електричних полів різних частот.
Посилання
[1] Golovnin, V.A., Kaplunov, I.A., Malyshkina, O.V. i dr., (2013). Fizicheskie osnovy, metody issledovanija i prak-ticheskoe primenenie p'ezomaterialov. Moscow: Tehnosfera, 272. ISBN: 978-5-94836-352-3.
[2] Glozman, I.A. (1972). P'ezokeramika. M. Jenergija, 288.
[3] Jaffe, B., Kuk, U., Jaffe, G., (1974). P'ezojelektricheskaja keramika. Moscow.: Mir, 288.
[4] Bell, A.J., (2008). Ferroelectrics: The Role of Ceramic Science and Engineering. J. Eur. Ceram. Soc., 28(7), 1307-1317.
[5] Lajns, M., Glas, A., (1981). Segnetojelektriki i rodstvennye materialy. Moscow: Mir, 736.
[6] Smolenskij, G.A., Isupov, V.A., Pasynkov R.E. i dr. Otv. red. G.A. Smolenskij, (1985). Fizika segnetoelektricheskih yavlenij. Leningrad.: Nauka: Leningr. otd.-nie, 396.
[7] Fizika segnetojelektrikov: sovremennyj vzgljad / pod red. K.M. Rabe, Ch.G. Ana, Zh.-M. Triskona; per. s angl., (2011). Moscow: BINOM. Laboratorija znanij, 440.
[8] Trofimov, A.I. P'ezojelektricheskie preobrazovateli staticheskih nagruzok, (1979). Moscow: Mashinostroenie, 95.
[9] Sharapov, V.M., Musienko, E.V., Sharapova, M.P. Pod red. V.M. Sharapova, (2006). P'ezojelektricheskie datchiki. Moscow: Tehnosfera, 632. ISBN 5-94836-100-4.
[10] Androsova, V.G., Bronnikova, E.G., Vasil'eva, A.M. i dr. Pod red. P.E. Kandyby i P.G. Pozdnjakova, (1992). P'ezojelektricheskie rezonatory: Spravochnik M.: Radio i svjaz', 392. ISBN 5-256-00634-7.
[11] Tareev, B.M., (1982). Fizika dielektricheskih materialov, Moscow: Energoizdat, 320.
[12] Poplavko, Yu.M., (1980). Fizika dielektrikov K.: Visha shkola, 400.
[13] Kiselev, V.F., Krylov, O.V., (1979). Elektronnye yavleniya v adsorbcii i katalize na poluprovodnikah i dielektrikah. Moscow: Nauka, 112.
[14] Morozov, M.I., Damjanovic, D. (2010). Charge migration in Pb(Zr,Ti)O3 ceramics and its relation to ageing, hardering and softening. J. of Applied Physics, 107, 3, 034106. DOI: 10.1016/0893-6080(88)90334-6
[15] Azad, Subhash Chandra, Ranjan, R., Singh, N.K., (2016). Study of Dielectric and Transport Properties of Gadolinium (Gd3+) Modified Lead Zirconate Titanate [PZT] Ceramics. Intern. J. of Research and Scientific Innovation, III, XI, 67-69. ISSN 2321-2705.
[16] Osak, Andrzej., (2017). AC low frequency conductivity in PZT PFS ferroelectric ceramics. Technical Transactions, 1, 173-185. DOI: 10.4467/1353737XCT.17.015.6112.
[17] Lejko, A.G., Gladkih, N.D., Nizhin, A.I., Starovojt, Ja.I., (2014). Jelektricheskie svojstva cilindricheskih p'ezokeramicheskih izluchatelej silovoj i kom-pensirovannoj konstrukcii s okruzhnoj poljarizaciej. Electronics and Communication, 19, 62-72. (in Russian)
[18] Deng, G., Li, G., Ding, A., Yin, Q., (2005). Evidence for oxygen vacancy inducing spontaneous normal-relaxor transition in complex perovskite ferroelectrics. Appl. Phys. Lett., 87, 19, 192905. DOI: 10.1063/1.2125110.
[19] GOST II 0444-87. Materialy pezokeramicheskie. Tehnicheskie usloviya. (1987). Moscow, 144.
[20] Zolotarevskij, A.I., Lushchin, S.P., (2017). Issledovanie spektralnoj zavisimosti dielektricheskoj pronicaemosti nekotoryh polyarnih dielektrikov v diapazone nizkih chastot [The study of the spectral relationship of the dielectric permittivity of polar dielectrics in the low frequency range]. Elektrotehnika i elektroenergetika, 1, 5-10. (in Russian) DOI: 10.15588/1607-6761-2017-1-1.
[21] Zolotarevskij, A.I., Lushchin, S.P., (2018). Issledovanie chastotno-temperaturnoj zavisimosti dielektricheskoj pronicaemosti pezokeramiki CTS v diapazone nizkih chastot [Investigation of the frequency-temperature relationship of the dielectric permittivity of the PZT piezoceramics in the low frequency range]. Elektrotehnika i elektroenergetika, 1, 15-21. (in Russian) DOI: 10.15588/1607-6761-2018-1-2.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 S.P. Lushchin, O.I. Zolotarevskiy
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
