Профиль поляризации слоистых структур на основе BTS

Поскольку величина поляризации у каждого слоя с разной концентрацией олова, входящий в состав образца BTS с градиентом состава различна (рис.4.2), представляет интерес анализ профиля поляризации данных материалов.

Координатные зависимости поляризации исследовались с использованием TSW метода в широком температурном интервале (от -10 до +80 ⁰C), включающем точку Кюри образцов составов BTS15 и BTS7.5. Расчет производился по формулам (2.79) и (2.80).

Обнаружено, что цикл нагрев-охлаждение приводит к изменению профиля поляризации (Рис. 4.5). Нагрев производился до температуры 80^oC, соответствующей температуре параэлектрической фазы всех компонент керамики BTS, входящих в состав исследуемых образцов. Как видно из представленных профилей поляризации (Рис. 4.5), даже кратковременная (в течение 20 - 30 минут) выдержка образцов при температуре

параэлектрической фазы ликвидирует различия в состоянии поляризации в глубине образцов, полученных различными способами.

Проведенное исследование влияния температуры, при которой осуществляется поляризация образца на распределение поляризации в двухслойном и четырехслойном образцах, полученных путем спекания, показало зависимость вида профиля поляризации от температуры, при которой осуществлялся процесс поляризации, и производилась запись пироотклика для расчета координатных зависимостей эффективного значения пирокоэффициента. Поляризация и измерения профиля поляризации осуществлялись при температуре T=25⁰C, когда слои образца, состоящие из компонент с разной концентрацией олова находятся в разных фазах (сегнетоэлектрической и параэлектрической) (рис. 4.5), и при T = -7⁰C, при которой сегнетоэлектрическое состояние реализуется для компонент во всех слоях образцов (Рис.

имеет место у образца (Рис. 4.66, кривая 2) с линейным градиентом концентрации олова (Рис. 1.19, кривая 2).

в) ^мм

Рис. 4.5. Профиль поляризации четырехслойных (а, б) и двухслойной (Zl) (в) керамик BTS с плавным (а) и ступенчатым (б, в) градиентом олова по толщине. Поляризация образцов и измерения проводились при T=25⁰C. Кривые 1 - до нагрева, 2 - после цикла нагрев-охлаждение. Стрелками показано направление вектора поляризации в образце.

Для анализа полученных результатов, распределение поляризации по толщине образцов с градиентом олова было независимо рассчитано с использованием значений остаточной поляризации, полученных по петлям диэлектрического гистерезиса однородных по химическому составу образцов (рис. 4.7). Использовались образцы BTS с х = 0,075; 0,1; 0,125 и 0,15. Измерения проводились при температуре T= 25⁰C.

96

Рис. 4.6. Профиль поляризации для двухслойного (Zl) (а) и четырехслойного (V) (б) образцов BTS. Температура поляризации и измерений: кривая 1 - T = 25⁰C, 2 - T = -7⁰C. Стрелками показано направление вектора

поляризации в образце.

На рис. 4.8 представлена зависимость остаточной поляризации от концентрации олова. Точками отмечены экспериментальные кривые, пунктирной прямой - экстраполяция с использованием линейной регрессии программы Mathcad. Профиль поляризации восстанавливался путем объединения экспериментальных данных представленных на рис. 1.19 (кривая 2) и рис. 4.8. Результат представлен на рис. 4.9.

Рис. 4.7. Фотографии петель диэлектрического гистерезиса, полученные с экрана осциллографа, образцов керамик составов BTS7.5, BTSlO, BTS12.5 и BTS15.

97

Рис. 4.8. Зависимость остаточной поляризации керамики BTS, измеренной по петле диэлектрического гистерезиса, от концентрации олова при T=25⁰C.

Сравнение рис. 4.5а (кривая 2) и рис. 4.9 показывает хорошее согласие профилей поляризации полученных независимо из анализа пироотклика TSW методом и рассчитанного теоретических по петлям диэлектрического гистерезиса. Необходимо отметить, соответствие наблюдается только у образцов, поляризованных после цикла нагрев-охлаждение (т.е. выдержанных при температуре параэлектрической фазы ~ 90 - 100 ⁰C). Образцы после получения имеют профиль поляризации, отличный от рассчитанного теоретически (рис. 4.5, кривые 1). Данный факт может означать, что в процессе спекания в образцах образуются структурные или зарядовые дефекты, исчезающие в процессе нагрева выше температуры Кюри.

Рис. 4.9. Профиль поляризации четырехслойного образца керамики BTS, полученного путем спекания (V), рассчитанный по значениям остаточной поляризации, измеренным по петлям диэлектрического гистерезиса.

4.2.