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).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».