Экспериментальные результаты

Исследование частотных зависимостей комплексной диэлектрической проницаемости образцов слоистых керамик на основе титаната висмута проводилось методом диэлектрической спектроскопии на фазочувствительном измерителе иммитанса ВЕКТОР-175.

Как можно видеть из полученных зависимостей, соединение с максимальной концентрацией замещающих атомов железа Fel обладает более высокой (ε = 125), по сравнению с соединениями FeO.02 и Fe0.5 (ε =75), действительной частью комплексной диэлектрической проницаемости (рис. 3.1 а). У составов Fe0.02 и Fe0.5 практически отсутствует зависимость действительной части комплексной диэлектрической проницаемости от частоты измеряемого поля во всем частотном диапазоне. Тогда как соединение Fel в низкочастотной области отличается поведением действительной части комплексной диэлектрической проницаемости от составов Fe0.02 и Fe0.5. C уменьшением частоты измеряемого поля с 200 Гц до 30 Гц у него наблюдается рост величины ε с 125 до 230. В частотном диапазоне от 200 Гц до IO⁶Гц действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости состава с максимальной концентрацией замещающих атомов железа ведет себя также, как и в составах FeO.02 и Fe0.5, то есть выходит на плато и практически не зависит от частоты измеряемого поля.

Поведение частотной зависимости тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ) для состава Fel также отличается от аналогичных зависимостей

составов Fe0.02 и Fe0.5 (рис. 3.1 б). Значения tgδ для составов Fe0.02 и Fe0.5 находятся в диапазоне от 0.005 до 0.13 и практически не меняются во всем частотном диапазоне. Величина tgδ для состава с максимальной концентрацией замещающих атомов железа в низкочастотной области спектра обнаруживает рост с 0.01 до 0.9 при уменьшении частоты измеряемого поля с 2-Ю³ Гц до 30 Гц.

Рис. 3.1. Частотные зависимости действительной части диэлектрической проницаемости (а) и тангенса угла диэлектрических потерь (б) для составов: 1

Поведение действительной части комплексной диэлектрической проницаемости соединения с максимальной концентрацией замещающих атомов хрома Crl.2 отличается от составов с меньшими концентрациями замещающих атомов хрома CrO.02 и СгО.5 (рис. 3.2 a). C увеличением частоты измеряемого поля значения действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости уменьшается в диапазоне от 10300 до 170. Составы Cr0.02 и СгО.5 ведут себя идентично: практически не зависят от частоты измеряемого поля. Величины действительной части комплексной диэлектрической проницаемости для соединений Cr0.02 и СгО.5 находятся в диапазоне от 44 до 74.

Значения тангенса угла диэлектрических потерь для соединения Crl.2 находится в диапазоне от 0.38 до 1.23 (рис. 3.2 б). Данный диапазон существенно отличается от диапазона, в котором находятся значения тангенса угла диэлектрических потерь соединений Cr0.02 и Cr0.5: tgδ = 0.01 ÷ 0.17. Поведение тангенса угла диэлектрических потерь для соединений Cr0.02 и СгО.5 идентично и, в целом, слабо зависит от частоты измеряемого поля, тогда как поведение тангенса угла диэлектрических потерь соединения с максимальной концентрацией замещающих атомов хрома имеет сложный характер: с увеличением частоты измеряемого поля от начального значения в 30 Гц до 200 Гц величина тангенса угла диэлектрических потерь уменьшается от значения 0.59 до 0.38; дальнейшее увеличение частоты измеряемого поля от 200 Гц до значения 2-Ю⁵ Гц приводит к плавному росту величины tgδ от 0.38 до 1.19. Увеличение частоты от 2-Ю⁵ до 6-Ю⁵ приводит к уменьшению величины тангенса угла диэлектрических потерь от 1.19 до 1.17.

Рис. 3.2. Частотные зависимости действительной части диэлектрической проницаемости (а) и тангенса угла диэлектрических потерь (б) для составов: 1 - ВІ4ТІ2.98СГ0.02О11.99, 2 - ВІ4ТІ2.5СГ0.5О11 75, 3 - ВІ4ТІ1 gCΓι ₂Оц 4

Действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости для соединений с различной концентрацией легирующего атома меди, в зависимости от частоты, ведет себя по-разному (рис. 3.3 а). Для соединения Cu0.01 наблюдается минимальная величина действительной части комплексной диэлектрической проницаемости (ε = 82) на минимальной частоте измерения. Величина действительной части комплексной диэлектрической проницаемости состава Cu0.01 находится в диапазоне от 71 до 82. Более высоким значением величины действительной части комплексной диэлектрической проницаемости (ε = 270) обладает соединение Cu0.5. Величина действительной части комплексной диэлектрической проницаемости состава Cu0.5 находится в диапазоне от 86 до 270. Наибольшим значением действительной части комплексной диэлектрической проницаемости обладает соединение Cul (ε = 370). Величина действительной части комплексной диэлектрической проницаемости состава Cul находится в диапазоне от 96 до 370.

Величина тангенса угла диэлектрических потерь на минимальной частоте измерения для соединения Cu0.01 минимальна среди составов с замещающим атомом меди и составляет tgδ = 0.06. Тангенс угла диэлектрических потерь соединения Cu0.01 находится в диапазоне tgδ = 0.01 ÷ 0.06.

На рис. 3.3 б видно, что тангенс угла диэлектрических потерь состава Cul имеет минимум (tgδ = 0.13) на частоте 800 Гц и максимум (tgδ = 0.3) на частоте IO⁵Гц.

а)

Рис. 3.3. Частотные зависимости действительной части диэлектрической проницаемости (а) и тангенса угла диэлектрических потерь (б) для составов:

1 - Bi4Ti2.99CU0.0iOn.99, 2 - Bi4Ti2.5CU0.5O11.5, 3 - Bi4Ti2CU1O11

Действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости соединения Bi2Fe находится в диапазоне значений ε = 100 ÷ 15300 и на минимальной частоте измерений составляет ε = 15300 (рис. 3.4 a). C увеличением частоты измеряемого поля от значения 30Гц до IO⁶Гц действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости соединения Bi2Fe плавно уменьшается от максимального значения εщах= 15300 до минимального ε_mj_n=100. Соединения Bi2Cr и Bi2Cu обладают идентичными величинами действительной части комплексной диэлектрической проницаемости, находящимися в диапазоне значений ε = 35 ÷ 300. По сравнению с зависимостью ε (/) состава Bi2Fe действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости соединений Bi2Cr и Bi2Cu практически не зависит от частоты измеряемого поля.

Величина тангенса угла диэлектрических потерь состава Bi2Fe находится в диапазоне значений tgδ = 0.23 ÷ 1.35 и максимальна на частоте

67 измерения 30 кГц (рис 3.4 б). Тангенсы угла диэлектрических потерь соединений Bi2Cr и Bi2Cu ведут себя идентично и находятся в диапазоне значений tgδ = 0.01 ÷ 1.16.

Рис. 3.4. Частотные зависимости действительной части диэлектрической проницаемости (а) и тангенса угла диэлектрических потерь (б) для составов:

На основе проведенных экспериментов можно сделать вывод о корреляции концентрации замещающих атомов и величины действительной части комплексной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь висмутсодержащей керамики. Для составов со структурой типа слоистого перовскита при увеличении концентрации атома примеси, в области низких и средних частот имеет место рост величины действительной части комплексной диэлектрической проницаемости. Диэлектрические потери всех соединений со структурой типа перовскита C наименьшей концентрацией примесных атомов слабо изменяются во всем частотном диапазоне.

3.2.