Здравствуйте! Помогите,пожалуйста,сделать технический перевод статьи на английский язык,очень нужно.Заранее спасибо!Chapter ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ПЕРОВСКИТОВОЙ ОБЛАСТИ СИСТЕМЫ - вопрос №2042355

Chapter

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ПЕРОВСКИТОВОЙ ОБЛАСТИ СИСТЕМЫ (1-х)NаNbO3-xCa2Nb2O7,

J.Y. Zubarev, L.A. Shilkina, L.A. Reznitchenko*

Research Institute of Physics, Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia

Abstract

Представлены результаты исследования диэлектрических свойств твердых растворов бинарной системы (1-x)NaNbO3-xCa2Nb2O7, принадлежащих перовскитовой области ее фазовой диаграммы (0,00≤х≤0,20). Установлены закономерности формирования диэлектрических характеристик в широких интервалах температур и частот. Рассмотрено влияние термодинамической предыстории(температуры спекания) на макроотклики полученных керамик.

Keywords: сегнетоэлектрики, керамические материалы, твердые растворы, бинарная система, слоистые перовскитоподобные соединения.

1. Introduction

Пирониобат кальция Ca2Nb2O7[1,2]является сегнетоэлектриком с ультравысокой температурой Кюри (2100К). Ca2Nb2O7– имеет слоистую перовскитоподобную структуру с общей химической формулой AnBnO3n+2 (n – толщина перовскитного слоя ВО6), и ромбическую элементарную ячейку (а=3,933Å, b= 26,726Å, с= 5,683Å), с пространственной группой Cmc21[3-6]. Но практический интерес представляют его неизоструктурные твердые растворы, ТР, с участием ниобатов щелочных металов, в частности, антисегнетоэлектрика, АСЭ, NaNbO3 [7-9]со структурным типом перовскита (ABO3), с ромбической элементарной ячейкой (при комнатной температуре), (параметры перовскитной моноклинной ячейки а=с= 3,929 Å, b= 3,885 Å, β= 90º10´), и пространственной группой Pbma[8-10]. Отметим, что Ca2Nb2O7, и NaNbO3являются компонентами природного минерала латраппита[11]. Учитывая близость ионных радиусов Na (0,97) и Ca (0,99), авторами работы [12] для исследований была выбрана система Ca2Nb2O7– NaNbO3, в которой соединение с n = 4, Ca4Nb4O14(Ca2Nb2O7) было синтезировано при 1470Kа два других соединения: с n = 5 (NaCa4Nb5O17) и с n = 6 (Na2Ca4Nb6O20); — были синтезированы при 1490 ± 20 Kи 1410 ± 20 K, соответственно. Параметры кристаллической структуры определяли на монокристаллах и уточняли по рентгенограммам порошков. Соединение NaCa4Nb5O17имеет следующие параметры элементарной ячейки: а = 3,849 ± 0,005 Å, b = 32,14 ± 0,02 Å, с = 5,499 ± 0,005 Å, пространственная группа P2nn или Pmnn. Соединение Na2Ca4Nb6O20 — а = 3,857 ± 0,005 Å, b = 37,71 ± 0,02 Å, с = 5,503 ± 0,005 Å, возможные пространственные группы Cmcm, Cmc21 или C2cm. В работе приводятся соотношения между параметрами слоистой и перовскитной структуры (ао): an= ao;bn=n∙a0+2K;cn=a0, где коэффициент K приблизительно равен удвоенному расстоянию между слоями и составляет 2,25 Å.

Результаты продолжившихся исследований этого гомологического ряда изложены в работе [13]. Авторам данного исследования удалось получить четыре новых соединения в системе Ca2Nb2O7– NaNbO3с n = 4.5, 5, 6 и 7. Были уточнены параметры монокристалла Ca2Nb2O7орторомбической модификации: а = 3,847 ± 0,005 Å, b = 26,45 ± 0,01 Å, с = 5,498 ± 0,005 Å и пространственная группа – Cmс21. Соединения с n = 4.5, 5, 6 и 7 имеют структуру, построенную по тому же типу, что и Ca2Nb2O7. Она состоит из слоев октаэдров NbO6, параллельных плоскости x0z, и сдвинутых по плоскости (110) относительно друг друга. Каждый член гомологического ряда получается из предыдущего добавлением единицы перовскита. Синтез этих четырех соединений проводился при температурах 1370-1520 K, причем температура синтеза была тем ниже, чем большее количество NaNbO3находилось в ТР. В виде монокристаллов получены только NaCa4Nb5O17и Na2Ca4Nb6O20. Все соединения имеют орторомбическую элементарную ячейку с параметрами:

Соединение

a, Å

b, Å

c, Å

Na0,5Ca4Nb4,5O15,5

3,848 ± 0,005

58,87 ± 0,02

5,498 ± 0,005

NaCa4Nb5O17

3,849 ± 0,005

32,14 ± 0,02

5,499 ± 0,005

Na2Ca4Nb6O20

3,857 ± 0,005

37,71 ± 0,02

5,503 ± 0,005

Na3Ca4Nb7O23

3,86

43,8

5,50

Последнее соединение присутствовало на рентгенограмме, но выделить его в чистом виде не удалось.

Исследованию системы Ca2Nb2O7– NaNbO3посвящена также работа [14], где был выявлен новый ряд формулы AnBnО3n+2производный от перовскита, при n≥4 члены этого ряда принадлежат Ca2Nb2O7– NaNbO3. В работе указывается на изотопию между фазами Ca2Nb2O7и Sr2Nb2O7из-за близости параметров кристаллов, что подверждает существование при 1570 К непрерывного ряда ТР. Уточнение структурных параметров было продолжено в работе [15], в которой члены ряда (Na,Ca)nNbnO3n+2изучались методом электронной микроскопии. Образцы, соответствующие членам с n = 4.5, 5 и 6, получены из смесей, взятых в соответствующих пропорциях карбонатов натрия, ангидридов кальция и пентаоксидов ниобия. Синтез проходил в две стадии с промежуточным помолом, температура синтеза 1370-1520 K, время – 48 часов. Все полученные образцы имели орторомбическую элементарную ячейку с параметрами:

Соединение

a, Å

b, Å

c, Å

Ca2Nb2O7

3,847 ± 0,005

26,45 ± 0,01

5,498 ± 0,005

(NaCa4)Nb5O17

3,849 ± 0,005

32,14 ± 0,01

5,499 ± 0,005

(Na2Ca4)Nb6O20

3,857 ± 0,005

37,71 ± 0,02

5,503 ± 0,005

Структура Ca2Nb2O7, (NaCa4)Nb5O17и (Na2Ca4)Nb6O20представляет собой правильное упорядочение слоев, расположение которых соответствует стехиометрическим фазам.

Изображение образца Na3Ca4Nb7O23содержит совокупность полос, соответствующих, в основном, соединению с n = 6, а также n = 5, 7, 8 и даже 10. Авторы предполагают, что температура синтеза оказалась недостаточной для получения чистого соединения с n = 7. Структура соединения с n = 4.5, обожженного при 1470 Kв течение 96 часов, содержит чередующиеся слои, соответствующие членам с n = 4 и n = 5, что приводит к соединению с n = 4.5. Кроме того, появляются слои 5445445…, что соответствует соединению с n = 4.33. Авторы работы предполагают, что можно синтезировать в чистом виде эти два соединения NaCa8Nb9O31(n = 4.5) и NaCa12Nb13O45(n = 4.33).

В работах [16-18]построена фазовая диграмма, ФД, системыи показано, что в системе при 0,00≤х≤0,20 образуются ТР со структурой типа перовскита, П, симметрия которых с увеличением х изменяется от ромбическойсначала с учетверенной, Р(М4), далее с удвоенной, Р(М2), моноклинной подъячейкой до кубической со сверхструктурой, К2, и без нее К.Выявлены две области со смешанным типом структур, сочетающие в себе М-ячейки различной мультиплетности (М4, М2). С продвижением «вглубь» систем П-структура сменяется слоистой(C(n))с различными значениями n(рис.1).В [19]с позиции мультифрактального формализма изучена эволюция зеренного строения ТР этой системы и показана корреляция между мультифрактальными и электрофизическими параметрами.

Figure 1 – Фазовая диаграмма системы (1-х)NaNbO3-xCa2Nb2O7. В П-области: I – Р(М4); II – Р(М4)+Р(М2); III – P(М2); IV – Р(М2)+К2; V – К2; VI — К

Поскольку диэлектрические свойства ТР данной системы оказались практически не изучены, а именно они определяют возможность использования анализируемых объектов в конкретных устройствах, представляется целесообразным установить закономерности их формирования в широких интервалах внешних воздействий( температуры, частоты, f, измерительного переменного электрического поля). Учитывая также критическую зависимость функциональных материалов на основе ниобатов щелочных и щелочноземельных металлов от термодинамической предыстории(условий получения, прежде всего, режимов обжигов при синтезе и спекании)[20-22], необходимо также выявить эффекты влияния температуры спекания, Tsn, на макрооткилики ТР различного состава в зависимости от их положения на ФД системы. Все это и стало целью настоящей работы.

2. ОБЪЕКТЫ. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ОБСУЖДЕНИЕ.

Результаты исследованийдиэлектрических свойств представлены на рис. 2-4, на которых ε/ε0(r, max), соответственно, относительные диэлектрические проницаемости при комнатной температуреи температуре Кюри, Тс. Анализ рисунков показал, что диэлектрические спектры всех ТР характерны для СЭ, — АСЭ-веществ с максимумом ε/ε0 при Тс. При этом по мере обогащения системы Ca – содержащим компонентом переход в параэлектрическое состояние размывается, Тс снижается, а поведение ε/ε0(max) экстремально с максимумом при х=0,025. В ТР вблизи NаNbO3(0,00 ≤ х ≤ 0,05) повышение Tsn приводит к практически линейному содинаковой скоростью снижению Тс; при х=0,05 Тс также сначала уменьшается с той же скоростью, а в области высоких Tsn – повышается со скоростью, характерной для восходящих зависимостей Тс(Tsn) ТР с x>0.05. Изменения ε/ε0® экстремальны (Tsn=1560К) при всех х. Для ε/ε0(max)с ростом х характерно уменьшение (увеличение) с дальнейшим увеличением (уменьшением) значений ε/ε0с ростом Tsn.

На рис. 4 показаны зависимости ε/ε0(r, max), ТС и tgδ от х ТР, полученных при разных Тsn, в корреляции с ФД (I – Р(М4); II– Р(М4)+Р(М2); III — Р(М2)+К2; IV–К2.). Видно, что с увеличением Tsnвид кривых сохраняется с экстремумами характеристик

Figure 2— Зависимости ε/ε0от температуры в диапазоне частот 75кГц-5МГц ТР системы, спеченных при фиксированной температуре, Tsn=1530K(a), и при Tsn из интервала (1500÷1620K)(b).

на границах МО4с локальными аномалиями в окрестности других структурных неустойчивостей.

При рассмотрении динамики изменения свойств ТР при комнатной температуре, легко заметить наличие двух экстремальных точек при х=0,1 и х=0,15, которые связаны с фазовыми превращениями в исследуемом концентрационном фрагменте. Наблюдаемое объясняется развитием кристалохимического беспорядка в структуре ТР и формированием морфотропной области, МО,(Р(М2)+К2) в исследуемом концентрационном фрагменте ФД системы Установленные эффекты также коррелируют с ФД системы и обусловлены внутрифазовыми превращениями внутри односимметрийного моноклинного поля и межфазовыми переходами в окрестности МО.

Figure 3 –Зависимостиε/ε0®, ε/ε0(max), Тс, tgδот температуры спекания ТР системы (f=1MГц).

Figure 4 -Зависимости ε/ε0®, ε/ε0(max), Тс, tgδот концентрации х ТР системы, полученных при разных Tsn(цифры у кривых) (f=1МГц).

4. CONCLUSIONS

Результаты исследования целесообразно использовать при разработке функциональных материалов с участием пирониобата стронция.

Р.S.Термины можно не переводить, главное, чтобы грамматическая конструкция была правильной!