14 587 21 0022 Федеральная целевая программа Исследования

14. 587. 21. 0022 Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014— 2020 годы» Приоритетное направление: Индустрия наносистем Программное мероприятие: 2. 2 Поддержка исследований в рамках сотрудничества с государствами – членами Европейского Союза Соглашение № 14. 587. 21. 0022 от 22 ноября 2015 г. на период 2015 - 2016 гг. Тема: Исследование доменной структуры и фазового состава легированных бессвинцовых пьезокерамик на основе Bi. Fe. O 3 и (K, Na)Nb. O 3 Руководитель проекта: Шур Владимир Яковлевич Цели и задачи проекта Получатель субсидии Целью проекта является изучение возможности улучшения пьезоэлектрических и электромеханических свойств бессвинцовой пьезокерамики за счет оптимизации параметров сегнетоэлектрической доменной структуры и фазового состава. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина» Иностранный партнер Перспективы практического использования Разработанные методики и экспериментально выявленные закономерности влияния доменной структуры и фазового состава пьезокерамики на пьезоэлектрические и электромеханические свойства позволила оптимизировать состав и способы синтеза. Установленная взаимосвязь между концентрацией доменных стенок и диэлектрическими характеристиками позволила выявить механизм вклада проводящих заряженных доменных стенок в диэлектрическую проницаемость. Разработанные в результате выполнения проекта бессвинцовые керамические материалы с улучшенными пьезоэлектрическими, электромеханическими и диэлектрическими свойствами могут использоваться в микроэлектромеханических системах, актюаторах и ультразвуковых устройствах. Институт Йозефа Стефана (Jozef Stefan Institute), Любляна, Словения, www. ijs. si Ведущий научно-исследовательский институт Словении в области естественных наук, наук о жизни и инженерии. Роль в проекте - изготовление образцов легированных бессвинцовых пьезокерамик на основе Bi. Fe. O 3 и (K, Na)Nb. O 3 с различной концентрацией легирующих примесей; измерение их электромеханических и пьезоэлектрических свойств; разработка рекомендаций по применению полученных результатов для оптимизации состава и параметров синтеза пьезокерамических материалов для улучшения их пьезоэлектрических и электромеханических свойств. Ожидаемые результаты проекта Публикации по теме проекта 1. Методики подготовки образцов пьезокерамики для проведения исследований методами сканирующей зондовой микроскопии 2. Методика проведения измерений и анализа сегнетоэлектрической доменной структуры бессвинцовых пьезокерамик 3. Закономерности влияния доменной структуры зерен на пьезоэлектрические и электромеханические свойства пьезокерамики 4. Методика разделения фаз и определения ориентации зерен в пьезокерамике с помощью измерения локальных пьезоэлектрических свойств 5. Закономерности влияния фазового состава зерен и распределения фаз объеме на пьезоэлектрические и электромеханические свойства пьезокерамики 1. A. A. Esin, D. O. Alikin, A. P. Turygin, A. S. Abramov, J. Hreščak, J. Walker, T. Rojac, A. Bencan, B. Malic, A. L. Kholkin, and V. Ya. Shur, Maxwell-Wagner dielectric relaxation due to conductive charged domain walls in (K, Na)Nb. O 3 -based ferroelectric ceramics, J. Appl. Phys. (in press). 2. D. O. Alikin, A. P. Turygin, A. L. Kholkin, V. Ya. Shur, Ferroelectric domain structure and local piezoelectric properties of lead-free KNN and BFO-based piezoelectric ceramics, J. Adv. Dielectr. (in press). 3. D. O. Alikin, A. P. Turygin, J. Walker, A. S. Abramov, J. Hres c ak, A. Bencan, B. Malic, T. Rojac, V. Ya. Shur, A. L. Kholkin, Characterization of the lead free piezoelectric ceramics by piezoresponse force microscopy, Ferroelectrics (in press). 4. J. Walker, H. Simons, D. O. Alikin, A. P. Turygin, V. Ya. Shur, A. L. Kholkin, H. Ursic, A. Bencan, B. Malic, V. Nagarajan, T. Rojac, Dual strain mechanisms in a lead-free morphotropic phase boundary ferroelectric, Sci. Rep. 6 (2016) 19630. Текущие результаты проекта Bi. Fe. O 3, легированный Sm 2+ Ka 0. 5 Nb. O 3 , легированный Sr 2+ Доменная структура Ø Значительное увеличение диэлектрической проницаемости в диапазоне легирования 0 -2% Sr 2+ Ø Почти не зависящая от легирования и даже уменьшающаяся диэлектрическая проницаемость для составов 8% и 15% Зависимость диэлектрической проницаемости от степени легирования Доменная структура R 3 C Pbam Ø Увеличение степени легирования Sm 2+ приводит к плавному росту доли антиполярной фазы Ø Воздействие электрического поля приводит к фазовому переходу антиполярная-полярная фаза (Pbam → R 3 C) Эволюция петель гистерезиса Не-180 o доменные стенки Границы зёрен KNN 0. 65 0. 2 0. 15 KNN 0. 5 % Sr 0. 66 0. 19 0. 15 KNN 1 % Sr 0. 72 0. 15 0. 13 KNN 2 % Sr 0. 57 0. 19 0. 24 Состав 14. 587. 21. 0022 Ø Уменьшение размеров зёрен приводит к увеличению концентрации доменных стенок Ø Проводящие заряженные доменные стенки вносят вклад в диэлектрическую проницаемость по механизму Максвелла-Вагнера Ø Индуцированный электрическим полем фазовый переход даёт дополнительный вклад в деформацию под действием поля Ø Выявлено усиление электромеханических свойств вблизи фазовой границы Pbam -R 3 C (14 -16% Sm)