ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ РАЗМЕРНЫХ ЭФФЕКТОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СЕГНЕТОПЬЕЗОАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ СО СТРУКТУРОЙ ТИПА ПЕРОВСКИТА

Объекты исследования: PbZrO3-PbNb2/3Mn1/3O3-PbNb2/3Zn1/3O3, PbTiO3-PbZrO3-PbNb2/3Mn1/3O3-PbNb2/3Zn1/3O3+SiO2. Цель работы – установить закономерности проявления размерных эффектов в процессах фазообразования, формирования структуры и физических свойств сегнетопьезоактивных материалов в различных твердотельных состояниях (керамика, дисперсно – кристаллические порошки, плёнки) на основе четырёхкомпонентной системы PbTiO3-PbZrO3-PbNb2/3Mn1/3O3-PbNb2/3Zn1/3O3. Переход к новым функциональным материалам (активным, интеллектуальным), способным самодиагностировать своё состояние и адаптироваться к условиям эксплуатации, диктует необходимость установления в них связи «состав – термодинамическая предыстория (условия приготовления, твердотельные состояния) – внутренняя структура (кристаллическая, доменная, зёренная, дефектная) – свойства (макроотклики) – области применения». В данном проекте впервые была поставлена задача формирования, в том числе, низкоразмерных (тонкопленочных) структур на базе многокомпонентной композиции PbTiO3-PbZrO3-PbNb2/3Mn1/3O3-PbNb2/3Zn1/3O3 – основы материалов для частотно-селективных устройств, и установления влияния закономерностей проявления размерных эффектов в процессах их фазообразования, формирования структуры и соответствующих макрооткликов. С использованием традиционных и оригинальных технологий и подходов изготовлены порошки с различной степенью дисперсности, керамические образцы с различным размером кристаллитов, монокристаллы и тонкие пленки сегнетопьезоактивных материалов, обладающих структурой типа перовскита. Проведены экспериментальные исследования их структуры, микроструктуры, степени дисперсности, диэлектрических, пьезоэлектрических и электромеханических характеристик. На основе полученных экспериментальных результатов и разработанных теоретических подходов установлены закономерности проявления размерных эффектов в материалах PbTiO3-PbZrO3-PbNb2/3Mn1/3O3-PbNb2/3Zn1/3O3. Полученные результаты могут позволить в дальнейшем создавать новые материалы с целевыми характеристиками для применения в интеллектуальных производственных технологиях, роботизированных системах, а также для более миниатюризированных и стабильных устройств микроэлектроники, способствующих, в частности, развитию систем обработки больших объемов данных. Важнейшие результаты, полученные при реализации Проекта: -Разработаны регламенты изготовления - порошков с различной степенью дисперсности, керамические образцы с различным размером кристаллитов, а также тонкие пленки сегнето-пьезоактивных материалов со структурами типа перовскита PbZrO3-PbNb2/3Mn1/3O3-PbNb2/3Zn1/3O3, PbTiO3-PbZrO3-PbNb2/3Mn1/3O3-PbNb2/3Zn1/3O3+SiO2. -Получены и систематизированы результаты комплексных исследований структуры, микроструктуры, степени дисперсности, диэлектрических, пьезоэлектрических, электромеханических характеристик созданных объектов: - установлено, что материалы, предназначенные для частотно-селективных (фильтровых) устройств, характеризуются критической зависимостью от термодинамической предыстории (условий получения); -выявлено, что наиболее однородная (совершенная) структура реализуется при использовании обычной керамической технологии. В горячепрессованных образцах структура менее однородна, что объясняется анизотропией приложенного давления, которое, из-за присутствующего градиента температур в камере, предназначенной для обжигов синтезированных продуктов, приводит к изменениям в локальной кинетике спекания объектов с возникновением текстурированных дислокаций, а также отсутствием жидких фаз, ослабляющих возможное нарушения внутренней структуры; -показано что выбором оптимальных условий получения возможно изготовление материала с однородной, высокоплотной структурой и воспроизводимыми характеристиками; -полученные результаты позволяют утверждать, что MICRO - XRF, дополненный методами математической статистики, позволяет отслеживать даже небольшие изменения химического состава керамических образцов, надежно характеризовать их степень однородности поверхности, давать строгие математические заключения по поводу воспроизводимости изготовления пьезоэлектрических керамических материалов; -реализуемые параметры материалов, полученных по обычной керамической технологии (массовой, дешёвой, доступной, промышленной), адекватны аналогичным в горячепрессованных – объектах, что позволяет использовать материалы в частотно-селективных устройствах в качестве фильтров с варьируемой шириной полосы пропускания. -Показано, что в рамках одностадийного метода ВЧ-катодного распыления керамических мишеней требуемого стехиометрического состава в атмосфере чистого кислорода можно получить однофазные (без примеси пирохлорной фазы) поликристаллические текстурированные пленки ПКР-13 на подложках Si(001), характеризующиеся значительной деформацией элементарной ячейкой, в которых ярко проявились эффекты переключения поляризации и связанный с ними эффект поля в структуре металл-сегнетоэлектрик-полупроводник. -Предварительные исследования показали, что за счет варьирования режимов изготовления пленок можно изменять как деформацию в пленке, так и степень её текстурности, что, несомненно, должно повлиять на диэлектрические и пьезоэлектрические свойствах пленок ПКР-13. -Варьируя элементный состав материалов, их фазовое наполнение, характер зёренного строения, можно управлять эксплуатационными параметрами сегнетожёстких материалов в заданном направлении, удовлетворяя потребительский спрос на эти материалы со стороны реального сектора экономики страны. Научно-технический уровень выполненных работ соответствует мировому. Плановые показатели выполнены полностью.