Получение, микроструктура и диэлектрические спектры мультиферроиков Bi1-xPrxFeO3, x = 0.00-0.50

Размещено на http://www.allbest.ru/

Получение, микроструктура и диэлектрические спектры мультиферроиков Bi1-xPrxFeO3, x = 0.00-0.50

С.В. Хасбулатов, А.А. Павелко,

Л.А. Шилкина, В.А. Алешин, Л.А. Резниченко

Аннотация

Проведены исследования кристаллической структуры, зеренного строения и диэлектрических свойств высокотемпературного мультиферроика Bi1-хPrxFeO3 в широком концентрационном интервале (x=0.00-0.50).

Ключевые слова: мультиферроики, феррит висмута, кристаллическая структура, зеренное строение, диэлектрические свойства.

Введение

Мультиферроики - мультифункциональные материалы, привлекающие внимание исследователей [1-3] благодаря сочетанию особых электрофизических и магнитных свойств. В представленной работе описаны результаты исследования структуры, микроструктуры и диэлектрических свойств феррита висмута, модифицированного редкоземельным элементом празеодимом (Pr).

1. Объекты. Методы получения и исследования образцов

Объектами исследования выступили керамики состава Bi1-xPrxFeO3, (x = 0.025-0.50, Дх = 0.025ч0,10), полученные по методике, описанной в [4]. Рентгенографические исследования при комнатной температуре проводили методом порошковой дифракции с использованием дифрактометра ДРОН-3 (отфильтрованное Cokб- излучение, схема фокусировки по Брэггу - Брентано). Зёренное строение объектов изучали на оптических микроскопе Leica DMI 5000M в отраженном свете при комнатной температуре. Относительная диэлектрическая проницаемость (е/е0) исследовалась на специальном стенде с использованием прецизионного LCR-метра Agilent E4980A в интервале температур 300-900 К и диапазоне частот 20-2·106 Гц в условиях равномерного нагрева и охлаждения со скоростью 5 К/мин.

Экспериментальные результаты и обсуждение

Рентгенофазовый анализ показал, что беспримесные твердые растворы (ТР) образовались только при концентрации Pr x ? 0.12, при меньших х образцы содержат небольшое количество соединений Bi25FeO40 и Bi2Fe4O9. Анализ дифракционных отражений выявил пять концентрационных областей, отличающихся фазовым составом: в интервале 0.00?x?0.05 существует только ромбоэдрическая (Рэ) фаза, свойственная BiFeO3, в интервале 0.05<x?0.075 расположена область сосуществования Рэ и двух ромбических фаз - Р1 типа PbZrO3 и Р2 типа GdFeO3, содержание которых не превышает (10-15) %. При 0.075<x?0.10 вновь появляется чистая Рэ фаза, а в интервале 0.10<x?0.20 опять сосуществуют три фазы Рэ, Р1 и Р2 с явным преобладанием первой. В интервале 0.20<x?0.30 Рэ фаза исчезает и вплоть до х=0.50 сосуществуют две Р1 и Р2 фазы. Подобное наблюдали при исследованиях ТР Bi1-xLaxFeO3 [5] и Bi1-xPrxFeO3 [6-8]. О появлении с ростом х Рэ фазы внутри области сосуществования фаз Рэ, Р1 И Р2 при комнатной температуре до сих пор не сообщалось.

Рис. 1 Фрагменты микроструктуры керамик Bi1-xPrxFeO3 (0.00? х ? 0, 0,20)., 1. х=0,05; 2. х=0,10; 3. х=0,15; 4. х=0,20. Масштабный отрезок - 10 мкм

кристаллический диэлектрический мультиферроик керамика

Микроструктура керамик является многофазной (рис. 1). Крупные светлые зерна с искривленными границами составляют матрицу основной фазы. Черные локальные области - поры, несколько неравномерно распределенные по образцу. Серые зерна меньшего размера, имеющие более прямые границы, являются второй (примесной) фазой. При увеличении содержания Pr наблюдается существенное уменьшение количества серой фазы и размеров всех трех компонентов микроструктуры.

Рис.2 Зависимости е/е0 (T) образцов керамики Bi1-xPrxFeO3 0,025?х?0,50 от температуры в интервале частот (25ч1,2*106)Гц, (стрелкой указан рост частоты, f)

На рис. 2 показаны термочастотные зависимости е/е0 Bi1-x Pr xFeO3 (x 0.00? х ? 0,50, Дх = 0.05ч0,10). Рассматриваемые зависимости испытывают аномалии в области температур (300-500)К, имеющие вид сильно дисперсионных максимумов, релаксационная природа которых, вероятно, связана с явлением Максвелл-Вагнеровской релаксации за счет накопления свободных зарядов на поверхностях раздела компонентов [9,10].

Заключение

Полученные результаты необходимо использовать при разработке высокотемпературных мультиферроиков типа BiFeO3.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ: Грант Президента РФ № МК-3232-2015-2; темы №№ 1927, 213.01-2014/012-ВГ и 3.1246.2014/К (базовая и проектная части Госзадания).

Литература

1. Jalaja M.A., Dutta S. // Advanced Materials Letters. 2015. V. 6. N 7. pp. 568-584.

2. Костишин В.Г., Крупа Н.Н., Невдача В.В. и др. // Инженерный вестник Дона. 2013. №3. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_74_Kostishyn.pdf_1851.pdf

3. Шабельская Н.П., Ульянов А.К., Таланов М.В. и др. // Инженерный вестник Дона. 2014. №1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2014/2297

4. Разумовская О.Н., Вербенко И.А., Андрюшин К.П. и др. // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2009. Т. 9. №1. С. 126-131.

5. Карпинский Д.В., Троянчук И.О., Мантыцкая О.С. и др. // ФТТ. 2014. Т. 56. №4. С. 673.

6. Карпинский Д.В., Троянчук И.О., Сиколенко В.В. и др. // ФТТ. 2014. Т. 56. №11. С. 2191.

7. Zhang J., Wu Yu-Jie, Chen Xiao-Jia // J. Magn. Magn. Mater. 2015. V. 382. pp. 1-6.

8. Karpinsky D.V., Troyanchuk I.O., Mantytskaya O.S. et al. // Solid State Communications. 2011. V. 151. pp. 1686-1689.

9. Хасбулатов С.В., Павелко А.А., Гаджиев Г.Г. и др. // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. №20. С. 142-146.

10. Lin P., Cui S., Zeng X. et al. // Journal of Alloys and Compounds. 2014. V. 600. pp. 118-124.

References

1. Jalaja M.A., Dutta S. Advanced Materials Letters. 2015. V. 6. N 7. pp. 568-584.

2. Kostishin V.G., Krupa N.N., Nevdacha V.V. et al. Inћenernyj vestnik Dona (Rus). 2013. V. 26. №3. P. 70. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_74_Kostishyn.pdf_1851.pdf

3. Shabel'skaja N.P., Ul'janov A.K., Talanov M.V. et al. Inћenernyj vestnik Dona (Rus). 2014. №1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2014/2297

4. Razumovskaja O.N., Verbenko I.A., Andrjushin K.P. et al. Fundamental'nye problemy radiojelektronnogo priborostroenija. 2009. V. 9. №1. pp. 126-131.

5. Karpinskij D.V., Trojanchuk I.O., Mantyckaja O.S. et al. Fizika Tverdogo Tela. 2014. V. 56. №4. P. 673.

6. Karpinsky D.V., Troyanchuk I.O., Sikolenko V.V. et al. Fizika Tverdogo Tela. 2014. V. 56. №11. P. 2191.

7. Zhang J., Wu Yu-Jie, Chen Xiao-Jia J. Magn. Magn. Mater. 2015. V. 382. pp. 1-6.

8. Karpinsky D.V., Troyanchuk I.O., Mantytskaya O.S. et al. Solid State Communications. 2011. V. 151. pp. 1686-1689.

9. Khasbulatov S.V., Pavelko A.A., Gadzhiev G.G. et al. Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta. 2014. V. 17. №20. pp. 142-146.

10. Lin P., Cui S., Zeng X. et al. Journal of Alloys and Compounds. 2014. V. 600. pp. 118-124.

Размещено на Allbest.ru