Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,969

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПОРИСТЫХ МАТРИЦ, ЗАПОЛНЕННЫХ ТРИГЛИЦИНСУЛЬФАТОМ

Стукова Е.В. Барышников С.В.
Изучение малых сегнетоэлектрических частиц и тонких пленок выявило изменения их свойств по сравнению с объемным образцом [1,2]. Наиболее значительные эффекты наблюдаются вблизи сегнетоэлектрических фазовых переходов. Было обнаружено, что размер частиц влияет на спонтанную поляризацию, диэлектрическую проницаемость и температуры фазовых переходов.

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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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

  1. J.F.Scott, C.A.Paz de Aranjo. Science 246, 1400 (1989).
  2. 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: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=22336 (дата обращения: 20.02.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252