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压电Nd + 3 + K +双掺杂铁电铅锗酸盐晶体

Wazalwar一^*

物理系,身为大学博士、Deekshabhoomi那格浦尔,印度马哈拉施特拉邦

*通讯作者:

Wazalwar一安贝德卡大学博士,物理系,Deekshabhoomi,那格浦尔,马哈拉施特拉邦,印度,电话:+ 919611055888;电子邮件:aartiwazalwar@yahoo.com

收到日期:2017年7月16日;接受日期:2017年8月14日;发表日期:2017年8月19日

引用:Wazalwar。在Nd压电^{+ 3}+ K⁺双掺杂铁电铅锗酸盐单一晶体。垫Sci印第安纳j . 2017; 15 (3): 120

文摘

纯铅压电效应在锗酸盐(LG)和Nd + 3 + K +双掺杂铁电铅发芽单晶(DDLG)研究了使用吉时利可编程静电计。压电研究四个部分。在温度和第一部分压力依赖的纯铅柱头和Nd + 3 + K +掺杂铁电铅发芽了。在第二部分中,时间依赖纯和掺杂LG。在第三部分各向异性的纯和掺杂样本进行了研究。在第四部分,光辐照效应是在纯和Nd + 3 + K +掺杂LG。之后,对压电常数压力进行了研究。

关键字

压电;铁电体;领导发芽;双掺杂;域动力学

介绍

1880年发现压电后,压电大大先进的科学从现在科学技术。钛酸钡的发展家庭锆酸铅压电陶瓷,后来家庭导致技术的进一步加强。所有的进步导致建立压电设备发展的一种全新的方法,即裁剪材料为特定的应用程序。然而,对于技术使用最重要的材料是陶瓷压电陶瓷。这些压电陶瓷的压电效率很高。这些材料产生的位移的10微米。

然而,导致锗酸盐由于其报道小机电系数作为压电材料大部分未被探索。在简陋的方法中,我们试图开启了一扇窗,让这个过程通过研究压电效应在纯和Nd^{+ 3}+ K⁺掺杂锗酸盐。

报道了压电研究铅锗酸盐山田(1]。他们报道小机电因素,使超声应用的材料没有吸引力。虽然报告温度特征抽象的压电效应在纯铅锗酸盐(LG)和Nd^{+ 3}+ K⁺双掺杂铁电铅发芽单晶(DDLG)研究了使用吉时利可编程静电计。压电研究四个部分。在温度和第一部分压力纯铅柱头和Nd的依赖^{+ 3}+ K⁺掺杂铁电铅发芽了。在第二部分中,时间依赖纯和掺杂LG。在第三部分各向异性的纯和掺杂样本进行了研究。在第四部分,光辐照效应是在纯和Nd完成的^{+ 3}+ K⁺掺杂LG。之后,对压电常数压力进行了研究。关键词:压电;铁电体;领导发芽;双掺杂;域动态压电常数d31,他们提到压电常数高于居里点消失(177°C),而d22摊位仍持续高于和低于居里点。

LG是用来形成密集的压电复合材料压电Schulze在温度低于1000度(2]。的本质非线性压电常数的变化在LG单一晶体相变附近(3太阳),测量的超声波速度LG单晶铁电和压电系数计算4]。LG的压电特性用于看到过滤器的建设尤其是在电视技术(5)LG薄膜只有180畴壁切换加上的可能性低压电系数,将吸引用于非易失性的发展,弗拉姆号(铁电随机存取存储器)和CCD-IR(电荷耦合装置)的形象传感器可能没有疲劳和保留的问题(6]。研究弹性、压电晶体铁电铅锗酸盐的性质单一的超声波脉冲技术是由李(7]。山田通过应用共振技术测量值的弹性,在室温下介电和压电常数,以及弹性合规S11E和对温度的依赖关系的两个压电常数d31 d22摊位。S11E和d31显示向上直接cusp-like Tc附近的异常,但d22摊位大约是独立于温度(8]。

在室温下铅₅通用电气₃O₁₁属于R3¯劳厄,晶体的一个更复杂的弹性行为比属于高对称R3¯米劳厄组。有七个独立的弹性模:C11 C33, C44, C12 C13、碳和这件。点对称变化6¯= 3 / m(摘要)在过渡阶段,减少的数量从七个独立的弹性常数五:C11、C33, C44、C12和C13 [9]。

结论来自Abdul Ghani [10]的开垦导致锗酸盐显示了一个弹性异常弹性模C11、C12 C33,和C13和一个小连续单调剪切模C44和C66随着温度的增加。数Pb的弹性常数₅通用电气₃O₁₁增加随着温度的增加略高于居里点。的弹性异常非加强的弹性常数CE33和CE13大于加强弹性常数C´33和C´13因为压电调整很大。

高的压电陶瓷复合材料被Ogawa捏造et al。11)利用少量的PGO玻璃。此外,它是发现,结晶度的压电陶瓷粉决定了压电复合。

实验

纯铅成双(LG) Czochralski单晶制备的技术。单晶的Nd^{+ 3}+ K⁺掺杂导致锗酸盐(DDLG)是由高纯度PbO(庄信万丰预计,99.99%)和地理₂(Koch-light实验室99.999%)的方法控制冷却的融化。在5:3把原料摩尔比和添加Nd₂O₃(印度稀土,99.99%)和K₂有限公司₃(奥尔德里奇化工99.99%)在0。2摩尔%每个样本准备。准备的粉末被彻底地混合和平板电脑(10毫米直径5毫米厚度)液压机上通过应用5吨每平方英寸的压力。平板电脑在550°C煅烧后12 h 770°C他们碎细粉和熔点测定765°C。融化是维持在热平衡8 h在770°C,它是冷却的速度1 C / h - 760°C。此后,融化的速度冷却2°C / h, 5°C / h和10°C / h先后降温到室温融化。单晶的维度5毫米×4毫米×3毫米嵌入在固体中被发现。纯铅锗酸盐被Czochlarski种植的技术进行比较分析。

标本的纯和掺杂晶体是由抛光,清洗和电极过程。Crystal-cutting单元(美国南湾技术)是用于切割水晶。空气干燥导电银膏作为电极。一个特别设计的弹簧样品持有人和铬镍-铝镍热电偶用于安装的样品。

铁电铅锗酸盐单一晶体的压电效应是研究使用吉时利可编程静电计模型6512 (图1一个)。一个专门设计的水晶持有人是捏造的压电效应研究。这个弹簧水晶夹包含一个特殊的安排让已知的权重。弹簧加载设备,弹簧的自由流动可以实现。权重可以保存在光盘的水晶持有人。由于弹簧的简单流程压力传授的重量直接转移到下面的水晶保存。

结果与讨论

压电研究LG和DDLG单晶在四个部分。在第一部分中,在室温下,负载变化从0 g在步骤10 g和最大充电每次指出。更高的固定温度的方法是重复50°C, 75°C和88°C (图1 b- - - - - -1 c)。在第二部分中,各向异性研究晶体是由电荷测量在所有3个方向。在第三部分中,电荷后记下了每半分钟的时间依赖性。在第四部分中,晶体与单相辐照大约10分钟让氦氖激光(型号155美国手语)拥有一个波长的6328 (图2一个- - - - - -2 b)。时间依赖性的压电常数进行了研究。

压电研究四个部分。在温度和第一部分压力纯铅锗酸盐和Nd的依赖^{+ 3}+ K⁺掺杂导致锗酸盐进行。在第二部分中,时间依赖纯和掺杂。在第三部分各向异性的纯和掺杂样本。在第四部分,光辐照效应是在纯LG和DDLG完成的。得出双掺杂是双掺杂的影响增加室温压电常数。然而,人们发现,压电常数随压力。时间依赖的LG和DDLG表明,纯和掺杂晶体显示随着时间的增加趋势。约,更快的积累的电荷随时间被掺杂晶体相比纯晶体。然而,各向异性结果表明,没有掺杂对晶体的影响,在纯和掺杂晶体发现压电常数是最小时沿着一个方向最大c-direction (图3一- - - - - -3 b)。第四部分即效应的光照射在LG和DDLG晶体,压电系数没有显著变化,观察照射的结果(图4一- - - - - -4 b)。

吉时利静电计的范围用于研究压电效应在库仑从10 fC 20数控模式,最低分辨率的10个fC和+ 0.4% + 4计数的准确性。辐照效应小于这个订单不是检测与最小数这一标准,因此,它可以安全地得出辐照没有影响LG和DDLG的压电常数。

压电常数下降压力是由于压力下的畴壁的运动。同时,增加温度和掺杂效应的影响可以归因于域动力学的变化。掺杂能有效提高室温压电常数。

表1据压电常数的值代表了比较与LG和DDLG其他铁电材料。从表中可以看出,我们的价值观的数量级,同意由其他作者报道。然而,我们晶体的压电常数的大小,纯和掺杂,远低于其他报道的大小铁电晶体。

表1:压电常数的比较值与LG和DDLG铁电材料的报道。

根据苏吉哈拉(12],键的强度、键长、内部字段配置和债券的本质都是由于掺杂可能发生变化。因此明显,键的强度,键长和晶格参数总是受制于变化由于杂质替换。这反过来可以在很大程度上影响压电行为。影响的程度取决于杂质的位置。我们双掺杂和Nd组成^{+ 3}和K⁺。我们知道在Nd双掺杂物^{+ 3}+ K⁺锗酸盐掺杂铁电铅单晶改变了晶体的晶格参数。岩田聪说,所有Ge-O债券短而Pb-O债券。因此Ge-O债券比Pb-O债券暗示Pb-O债券相对容易打破。

如果我们比较主机原子(Pb的离子半径^{+ 2}= 1.75,²= 0.65和通用电气^{+ 4}= 1.37)和杂质的离子半径(Nd)^{+ 3}= 1.82 A和K⁺= 2.35)我们看到的离子半径Pb的杂质相媲美^{+ 2}只有。因此,粘结强度的基础上,键长和离子半径,我们可以得出这样的结论:两种杂质原子的可能性将Pb^{+ 2}网站是高于他们的通用电气^{+ 4}网站。

众所周知,杂质和缺陷对晶体的铁电行为产生强大的影响力。从理论的角度来看,这种影响的强度是由缺陷是否中心对称的或有其偶极矩和偶极子是否冻结或可以随时改变自己的方向13,14]。

掺杂剂可以去Pb^{+ 2}网站或通用电气^{+ 4}网站,其分布在两个网站上的价和离子半径的函数原子掺杂剂和宿主。电荷补偿结果的要求创建空缺的氧气或网站。Katpatal [15稀土离子Nd)预测^{+ 3}进入的一个或多个Pb^{+ 2}网站导致锗酸盐,因为类似的钕离子半径的铅(1.75)和(1.82)。这替换变得更加复杂,因为电中立的原因,2^{+ 3}离子相当于3 pb^{+ 2}离子。

因此,有可能形成的空缺,大概在Pb^{+ 2}的位置。这介绍了铅锗酸盐的晶格缺陷状态。为了弥补这个缺陷状态因为non-isovalent替换Nd生成^{+ 3}在Pb^{+ 2}网站,钾(K⁺介绍了。据推测,K⁺在Pb会占据创建的空缺吗^{+ 2}网站。因此,non-isovalent Nd的替换^{+ 3}+ K⁺对铅^{+ 2}由于位置障碍导致当地极化。Pb的替换^{+ 2}离子和Nd^{+ 3}和K⁺离子变化结合部队以及晶格的均匀性。因此,钕^{+ 3}+ K⁺导致微观成分波动和局部疾病。

如前所述,Nd的概率^{+ 3}+ K⁺进入Pb^{+ 2}网站是最。双掺杂物可以进入Pb(1)网站。掺杂物进入Pb(1)网站会影响Pb-O之间的键长和将导致Pb级位移的变化(1)的旋转程度GeO4和通用电气的扭曲和翻译₂O₇四面体。

在我们的例子中,钕^{+ 3}和K⁺已经替换,都占据Pb的可能性最大^{+ 2}网站。这也是伴随着创建Pb的缺陷状态^{+ 2}离子空位和O²离子空位。每有机会让这些替换可能是偏心所显示Trubitsyn [16]。有高可能性的非均匀掺杂物的分布以及偏心Nd的分布^{+ 3}+ K⁺在DDLG双掺杂物。存在缺陷的国家DDLG设想空间电荷形成。这也会产生非均匀分布的内部字段和增强了易用性域运动。压电常数的增加由于掺杂可以归因于偏心效应和空间电荷效应的存在。

结论

发现有压电常数减少压力。这种减少是由于压力下的畴壁的运动。也增加温度的影响和双掺杂物的作用效果可以归因于域动力学的变化。这是进一步发现,掺杂有效增加室温压电常数。

引用

1. 山田T, Iwasaki H, Niizeki n .弹性和压电铁电5 pbo·3 geo2晶体的性质。JApplPhy。1972年,43 (3):771 - 5。
2. Schulze佤邦,比格斯合资企业。Pb5Ge3O11保税压电复合材料的压电性能。板牙Res公牛。1979;14 (5):721 - 30。
3. 方F, Jing WQ。磁磁场诱导铁电域结构进化和磁电耦合为[110](PMN-PT / Terfenol-D多铁性复合材料。每年放置2016;6 (1):015008。
4. 太阳E,曹W,汉族p .频率色散纵向超声声速和衰减的[001]c-poled 0.24 pb (In1/2Nb1/2) o3 - 0.45 - 0.31 pb (Mg1/3Nb2/3) o3 - -铅单晶。IEEE超声波、铁电体和频率控制。2011;58 (8)。
5. 我去地狱谷野生猴园K, Shibayama K·瑞利波的传播和放大和压电漏酸锂表面波。JApplPhy。1972年,43 (3):856 - 62。
6. 李JJ,戴伊SK。单轴的加工铁电Pb5Ge3O11薄膜在450°C c-axis取向。J ApplPhy。1992;60 (20):2487 - 8。
7. 李SD,张成泽女士,李JH。研究弹性、压电晶体铁电铅锗酸盐的性质单一的超声波脉冲技术。新的J Phys.1987; 27 (2): 15 - 23。
8. 山田T, Iwasaki H, Niizeki新泽西。弹性和压电铁电5 pbo的属性。3 geo2晶体。:1972;433:771 - 775。
9. Barsch GR, Bonczar LJ,纽汉姆。弹性常数Pb5Ge3O11从25到240°C。物理状态苏a . 1975; 29 (1): 241 - 50。
10. Abdul Ghani IJ,伊本Al-Haitham。转变温度附近的弹性行为导致锗酸盐。J纯科学。Technol.2012:25。
11. Ogawa T,佐野,邮寄,等。陶瓷铅锗酸盐玻璃和压电陶瓷的复合材料。日本J: Phys.1989; 28 (S2): 91。
12. 苏吉哈拉年代,并我Kurahashi H,等。电子结构和介电性能的钛酸钡代替。J ApplPhy。1997年,36 (1):9 - 129。
13. 卡普J, Remko M, Schleyer PV。H2XO和xo (CH3) 2化合物(X = C, Si,通用电气、锡、铅):双键vs.carbene-like结构金属化合物存在吗?J是化学Soc。1996; 118 (24): 5745 - 51。
14. 波多野J,小岛T,松井Y, et al。亚稳状态的晶体结构铁电铅锗酸盐。日本J ApplPhys。1997,36 (9):6155。
15. Fadnavis SA Katpatal AG)。异常的直流电导在Nd + 3-doped铁电铅锗酸盐单晶。牛板牙Sci。1997; 20 (8): 1097 - 102。
16. Volnyanskii医学博士Plyaka SN, Trubitsyn MP, et al .离子传导和李出发极化过程2 Ge7O15晶体。phy固态领域。2012;(3):499 - 503。