Синтез, структура, диэлектрические и нелинейные оптические свойства керамики системы (K 0.5 Na 0.5 )NbO 3 –BaZrO 3

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

doi:10.31857/S0002337X23020082

Синтез, структура, диэлектрические и нелинейные оптические свойства керамики системы (K_0.5Na_0.5)NbO₃–BaZrO₃

Autores: Калева Г.¹, Политова Е.¹, Иванов С.¹^,2, Мосунов А.², Стефанович С.², Садовская Н.³
Afiliações:
1. Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук
2. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
3. Институт кристаллографии, федеральный научно-исследовательский центр “Кристаллография и фотоника” Российской академии наук
Edição: Volume 59, Nº 2 (2023)
Páginas: 208-215
Seção: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/140137
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23020082
EDN: https://elibrary.ru/YDIQVI
ID: 140137

Citar

Texto integral

Acesso aberto
Acesso é fechado

Acesso está concedido
Acesso é fechado

Somente assinantes

Resumo
Sobre autores
Bibliografia
Arquivos suplementares
Estatísticas

Resumo

Методом твердофазного синтеза получены однофазные керамические образцы новых составов: (1 – x)(K_0.5Na_0.5)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.

Palavras-chave

ниобат калия-натрия, структура перовскита, рентгендифракционный анализ, микроструктура, диэлектрические свойства

Bibliografia

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
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
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
Веневцев Ю.Н., Политова Е.Д., Иванов С.А. Сегнето- и антисегнетоэлектрики семейства титаната бария. М.: Химия, 1985. 256 с.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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.
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
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
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.
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