Зависимость диэлектрической проницаемости и электрокалорического эффекта от размера гранулы сегнетоэлектрической керамики

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассматривается задача о нахождении диэлектрической проницаемости и электрокалорического эффекта в модели гранулы сегнетоэлектрической керамики. Предполагается, что гранула состоит из шарообразного сегнетоэлектрического ядра, покрытого диэлектрической оболочкой и помещенного в диэлектрическую матрицу. Толщина переходного слоя считается малой по сравнению с размером гранулы. Зависимость поляризации от электрического поля в ядре задается нелинейным уравнением Гинзбурга - Ландау. Изменение поляризации вызывается изменением внешнего электрического поля, которое на больших расстояниях от гранулы предполагается однородным. Вследствие эффекта электрострикции в трехфазной системе ядро-оболочка-матрица возникает упругое поле, описываемое линейными уравнениями. Для учета влияния доменных стенок на физические характеристики керамики в рассматриваемой модели предлагается использовать подход Киттеля - Мицуи - Фуруиши. Предложенная расчетная схема позволяет уточнить зависимость числа доменов от размера шарообразной гранулы. Электрокалорический эффект в грануле представляется в виде суммы первичного и вторичного эффектов, возникающих вследствие упорядочивания дипольных моментов сегнетоэлектрика и из-за наличия деформации и теплового расширения. Исследование проводится для керамики сегнетоэлектрика со структурой перовскита, а в качестве примера рассматривается керамика титаната бария. Для выбранного материала представлены результаты расчетов зависимости диэлектрической проницаемости и отдельных составляющих электрокалорического эффекта от размера гранулы.

Об авторах

А. С Старков

Университет ИТМО

Email: ferroelectrics@ya.ru
197101, St. Petersburg, Russia

И. А Старков

Всероссийский научно-исследовательский институт жиров

Автор, ответственный за переписку.
Email: ferroelectrics@ya.ru
191119, St. Petersburg, Russia

Список литературы

  1. A. Starkov, O. Pakhomov, and I. Starkov, Ferroelectrics 14, 108 (2014).
  2. G. Suchaneck, O. Pakhomov, and G. Gerlach, Electrocaloric Cooling, InTechOpen, London (2017).
  3. A. Greco, C. Aprea, A. Maiorino, and C. Masselli, Int. J. Refrig. 106, 66 (2019).
  4. Y. V. Sinyavsky and V. M. Brodyansky, Ferroelectrics 131, 321 (1992).
  5. B. C. Kim, K. W. Chae, and C. I. Cheon, J. Korean Phys. Soc. 76, 226 (2020).
  6. И. А. Старков, А. С. Анохин, И. Л. Мыльников, М. А. Мишнев, А. С. Старков, ФТТ 4, 443 (2022).
  7. J. H. Qiu and Q. Jiang, J. Appl. Phys. 105, 034110 (2009).
  8. Дж. Най, Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тензоров и матриц, Изд-во иностр. лит., Москва (1960).
  9. А. С. Старков, И. А. Старков, ЖЭТФ 146, 297 (2014).
  10. А. Л. Холкин, В. А. Трепаков, Г. А. Смоленский, Письма в ЖЭТФ 32, 103 (1982).
  11. Е. П. Смирнова, Г. Ю. Сотникова, Н. В. Зайцева, А. А. Капралов, Г. А. Гаврилов, Письма в ЖТФ 44, 49 (2018).
  12. N. A. Pertsev, A. G. Zembilgotov, and A. K. Tagantsev, Phys. Rev. Lett. 80, 1988 (1998).
  13. M. Vrabelj, H. Urˇsiˇc, Z. Kutnjak, B. Roˇziˇc, S. Drnovˇsek, A. Benˇcan, V. Bobnar, L. Fulanoviˇc, and B. Maliˇc, J. Eur. Ceram. Soc. 36, 75 (2016).
  14. T. Hoshina, S. Wada, Y. Kuroiwa, and T. Tsurumi, Appl. Phys. Lett. 93, 192914 (2008).
  15. A. Y. Emelyanov, N. A. Pertsev, S. Ho mann-Eifert, U. B¨ottger, and R. Waser, J. Electroceram. 9, 5 (2002).
  16. А. С. Старков, О. В. Пахомов, И. А. Старков, ЖЭТФ 143, 1144 (2013).
  17. B. A. Strukov, S. T. Davitadze, S. G. Shulman, B. V. Goltzman, and V. V. Lemanov, Ferroelectrics 301, 157 (2004).
  18. T. Hoshina, J. Ceram. Soc. Jpn. 121, 156 (2013).
  19. I. A. Starkov and A. S. Starkov, J. Nanophotonics 10, 033503 (2016).
  20. Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Электродинамика сплошных сред, Наука, Москва (1992).
  21. В. И. Алешин, Кристаллография 36, 1352 (1991).
  22. О. Г. Вендик, Н. Ю. Медведева, С. П. Зубко, Письма в ЖТФ 34, 13 (2008).
  23. A. S. Starkov, I. A. Starkov, A. I. Dedyk, G. Suchaneck, and G. Gerlach, Phys. Stat. Sol. (b) 255, 1700245 (2018).
  24. Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Теория упругости, Наука, Москва (1987).
  25. А. С. Старков, И. А. Старков, ЖЭТФ 146, 980 (2014).
  26. В. Г. Эдвабник, Современные проблемы науки и образования 1-2, 76 (2015).
  27. Л. А. Апресян, Т. В. Власова, В. И. Красовский, В. И. Крыштоб, С. И. Расмагин, ЖТФ 90, 1175 (2020).
  28. L. D. Landau and E. M. Lifshits, Phys. Z. Sowjetunion 8, 153 (1935).
  29. C. Kittel, Phys. Rev. 70, 965 (1946).
  30. T. Mitsui and J. Furuichi, Phys. Rev. 90, 193 (1953).
  31. A. K. Tagantsev, J. Fousek, and L. E. Cross, Domains in Ferroic Crystals and Thin Films, Springer, New-York (2010).
  32. G. Arlt, D. Hennings, and G. de With, J. Appl. Phys. 58, 1619 (1985).
  33. A. M. Bratkovsky and A. P. Levanyuk, AIP Conf. Proc. 535, 218 (2000).
  34. Y. Huan, X. Wang, J. Fang, and L. Li, J. Eur. Ceram. Soc. 34, 1445 (2014).
  35. Y. Tan, J. Zhang, Y. Wu, Ch. Wang, V. Koval, B. Shi, H. Ye, R. McKinnon, G. Viola, and H. Yan, Sci. Rep. 5, 1 (2015).
  36. B. Dai, X. Hu, R. Yin, W. Bai, F. Wen, J. Deng, L. Zheng, J. Du, P. Zheng, and H. Qin, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 28, 7928 (2017).
  37. N. A. Pertsev and A. G. Zembilgotov, J. Appl. Phys. 78, 6170 (1995).
  38. Z. Zhao, V. Buscaglia, M. Viviani, M. T. Buscaglia, L. Mitoseriu, A. Testino, M. Nygren, M. Johnsson, and P. Nanni, Phys. Rev. B 70, 024107 (2004).
  39. Y. L. Li, L. E. Cross, and L. Q. Chen, J. Appl. Phys. 98, 064101 (2005).
  40. P. Marton, I. Rychetsky, and J. Hlinka. Phys. Rev. B 81, 144125 (2010).
  41. M. E. Lines and A. M. Glass, Principles and Applications of Ferroelectrics and Related Materials Oxford Univ. Press, Oxford (1977).
  42. V. A. Lukacs, M. Airimioaei, L. Padurariu, L. P. Curecheriu, C. E. Ciomaga, A. Bencan, G. Drazic, M. Avakian, J. L. Jones, G. Stoian, M. Deluca, R. Brunner, A. Rotaru, and L. Mitoseriu, J. Eur. Ceram. Soc. 42, 2230 (2022).
  43. В. И. Смирнов, Курс высшей математики, т. 2., Наука, Москва (1974).
  44. А. С. Старков, О. В. Пахомов, И. А. Старков, Письма в ЖЭТФ 91, 556 (2010).
  45. G. G. Wiseman and J. K. Kuebler, Phys. Rev. 131, 2023 (1963).
  46. D. L. Shan, C. H. Lei, Y. C. Cai, K. Pan, and Y. Y. Liu, Int. J. Solids Struct. 216, 59 (2021).
  47. R. P. S. M. Lobo, N. D. Mohallem, and R. L. Moreira, J. Amer. Ceram. Soc. 78, 1343 (1995).

© Российская академия наук, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах