ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ КРИСТАЛІВ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

“УЖГОРОДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ”

ФІЗИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ОПТИКИ

ЗВІТ ПО ТЕХНОЛОГІЧНІЙ ПРАКТИЦІ

“ДІЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ШАРУВАТИХ КРИСТАЛІВ TlIS₂”

Виконав: студент 3 курсу, групи 2

Вайдич Юрій Іванович

Керівник: Гуранич П.П.

.

Ужгород-2014

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕННЯ

ОПИС УСТАНОВКИ ТА МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ КРИСТАЛІВ

Діелектрична проникність e кристалів визначалася з результатів експериментальних вимірювань електроємності зразків і розраховувалась за формулою для плоского конденсатора

, (1)

де d – товщина зразка, C – електроємність, S – площа електричних контактів, e₀ – електрична стала.

Рис. 1. Схема установки для вимірювання діелектричної проникності кристалів. 1 – камера високого гідростатичного тиску 2 – досліджуваний зразок; 3 – прижимні контакти; 4 – манганіновий датчик тиску; 5 – диференційна мідь-константанова термопара; 6 – нагрівний елемент; 7 – термостат з льодом.

Електроємність С і тангенс кута діелектричних втрат tgd зразків вимірювалися за допомогою мосту змінного струму Е7-12 на частоті 1МГц та мосту Е8-4 на частоті 1кГц. Кристали знаходилися в камері високого гідростатичного тиску (рис 2.2), в якій у якості робочої рідини був гас. Температура фіксувалася вольтметром В 7-21, який визначав різницеву напругу диференційної мідь – константанової термопари (5), один кінець якої знаходився в камері високого тиску (1), а інший – в термостаті з льодом (7). Камера охолоджувалася рідким азотом, для нагрівання використовувався нагрівний елемент (6) підключений до ТЕС–5020. Величина гідростатичного тиску визначалася за допомогою манганінового датчика високого гідростатичного тиску (4) та цифрового омметра Щ-34. Залежності e(Т) та tgd(Т) при фіксованих тисках отримані в динамічному режимі охолодження та нагріву зі швидкостю зміни температури 0.03–0.1 К/сек.

Відносна похибка при вимірюванні електроємності складала 0.2 –0.4 %, а при вимірюванні tgd - 3-5 %. При розрахунках діелектричної проникності e за співвіднощенням (1.1) було враховано “паразитну” додаткову ємність електрообтюратора камери високого тиску та ємність монтажних дротів. В якості електричних контактів використовувалась срібна паста типу “Дегуса-200”.

Вимірювання температурних залежностей піроелектричних коефі­цієнтів проведено квазістатичним методом. Похибка даного методу не перевищує 3¸5 %. Зазначимо, що автоматичний запис піроелектричних струмів проводився на монодоменізованих кристалах в режимі нагрівання при використанні нагрівного елементу (6) і ТЕС–5020 (рис. 2). Для монодоменізування кристалів у параелектричній фазі до об’єкту досліджень з використанням блока живлення ТВ1 прикладалося зовнішнє електричне поле, напруженість якого вища за величину коерцетивного поля, і за таких умов зразок переводився в сегнетоелектричний стан охолодженням до температури рідкого азоту, при цьому температура фіксувалася вольтметром В 7-21, який визначав різницеву напругу диференційної мідь-константанової термопари (5). При температурі рідкого азоту дія зовнішнього електричного поля припинялася, а електричні контакти тимчасово закорочувалися. Після зазначеної процедури, в режимі нагрівання зі швидкостями 0.08-0.25 К/сек проводилося вимірювання піроелектричного стуму, величина якого підсилювалася приладом У5-11 і фіксувався вольтметром В7-30. Величина гідростатичного тиску визначалася за допомогою манганінового датчика високого гідростатичного тиску (4), що був підключеним до цифрового омметра Щ-34.

Як відомо, в сегнетоелектриках величина піроелектричного струму визначається швидкістю зміни спонтанної поляризації зі зміною температури та швидкістю зміни температури з часом

(2)

де S – площа поперечного перерізу зразка; γ;= dP_s/dT – піроелек­тричений коефіцієнт; v_T = dT/dt – швидкість зміни температурі.

Рис. 2. Схема установки для вимірювання піроелектричних властивостей кристалів. 1 – камера високого гідростатичного тиску; 2 – досліджуваний зразок; 3 – прижимні контакти; 4 – манганіновий датчик тиску; 5 – диференційна мідь-константанова термопара; 6 – нагрівний елемент; 7 – термостат.

За результатами експериментальних досліджень температурних залежностей піроелектричного струму визначено температурні залежності спонтанної поляризації P_s(T) за співвідношенням [128, 129]:

. (3)

Проводячи процедуру інтегрування експериментальних температурних залежностей I_n(T) отримано температурні залежності P_s(T).

Зазначимо, що значення спонтанної поляризації та коерцитивного поля кристалів отримувалися також із аналізу насичених петель діелектричного гістерезису, дослідження яких проводилися по традиційній методиці за допомогою модифікованої схеми Сойера-Тауера. Такий спосіб визначення P_s дає точність в межах 1¸2%.

Для електрофізичних досліджень зразки виготовлялися у вигляді паралелепіпеда. На паралельні поверхні наносилися електричні контакти, в якості яких використовувалася срібна паста типу “Дегусса-200” та мідні прижимні контакти. Для вимірювань використовувалися зразки, геометричні розміри яких складали 5×5×0.25 мм³, 5×5×2 мм³ та 7×1×3.5 мм³ і визначалися за допомогою мікроскопа з точністю ±10^-2мм.