Materials with ferro-antiferroelectric phase transition intented for energy accumulated and converting devices

Considered are the results of development of materials for energy accumulating and converting devices. Requirements to such materials are formulated. Investigated is one of the directions for raising their efficiency which implies increase of electric strength.Рассмотрены результаты разработки материалов для энергоаккумулирующих и энергопреобразующих устройств. Сформулированы требования к таким материалам. Исследовано одно из направлений повышения их эффективности, включающее повышение диэлектрической прочности.Розглянуто результати розробки матерiалiв для енергоакумулюючих та енергопере-творюючих пристроїв. Сформульовано вимоги до таких матерiалiв. Досліджєно один із шляхів підвищення їх ефективності, який включає підвищення діелектричної міцності

Tuning of piezoelectric parameters in the phase transition process via the transient state

The influence of the electric field on the stability of phases in antiferroelectric substance with a small difference in energies of the ferroelectric (FE) and antiferroelectric (AFE) states is studied. It is theoretically predicted that the interaction between the coexisting domains of (FE) and (AFE) phases provides the stability of the inhomogeneous intermediate state of the substance in external electric field. The composition-electric field phase diagrams with intermediate state are obtained for the lanthanum modified lead zirconate-titanate based solid solutions. Variation of piezoelectric properties of these solid solutions during the phase transition via intermediate state is studied. The effective control of piezoelectric parameters is shown to be possible in materials with such phase transition

Relaxation processes in hard piezoelectric ceramics

The results of the relaxation processes investigation in polycrystalline piezoelectric elements after exiting them from the state of the thermodynamic balance under action of AC voltage of the resonance frequency, heating and uniaxial mechanical stresses are presented. The long-time reconstruction of elastic parameters takes place when elements are returned into the initial thermodynamic condition. Observed relaxation is described by the logarithmic function of time. The model, taking into account the polycrystalline structure of ceramics and presence of noncompensated mechanical stresses on crystalline boundaries, is offered for explanation of the observed results.Подано результати дослідження релаксаційних процесів у полікристалічних п'єзоелектричних елементах після їх збудження змінним струмом резонансної частоти, нагріву та одновісного механічного стиску. При поверненні елементів у вихідний термодинамічний стан відбувається довготривале відновлення їх пружних параметрів. Релаксація, що спостерігається, описується логарифмічною функцією часу. Для пояснення одержаних результатів запропоновано модель, яка бере до уваги полікристалічну структуру кераміки та наявність нескомпенсованих механічmrх напруг на межах кристалів.Представлены результаты исследования релаксационных процессов в поликристаллических пьезоэлектрических элементах после их возбуждения переменным током резонансной частоты, нагрева и одноосного механического сжатия. При возврате элементов к исходному термодинамическому состоянию происходит длительное восстановление их упругих параметров. Наблюдаемая релаксация описывается логарифмической функцией времени. Для объяснения наблюдаемых результатов предложена модель, учитывающая поликристаллическую структуру керамики и присутствие нескомпенсированных механических напряжений на границах кристаллов

Capacitor and resonator ceramics with low sintering temperature

A complex-composition ceramic condenser material based on barium titanate and a ceramic resonator material based on barium-neodymium titanate are obtained and investigated. Developed are glass technological additions which introduction into the raw material lowers the ceramics sintering temperature by 200-250°C, increases the density and diminishes the porosity of the ceramics samples, their electrophysical parameters remaining unchanged.Получен и исследован керамический конденсаторный материал сложного состава на основе титаната бария и керамический резонаторный материал на основе титаната бария-неодима. Разработаны стекловидные технологические добавки, введение которых в шихту снижает температуру спекания керамики на 200-250°C, увеличивает плотность и уменьшает пористость керамических образцов без ухудшения их электрофизических параметров.Одержано та досліджєно керамiчний матерiал на основі титанату барію та керамічний резонаторний матеріал на основі титанату барію-неодиму. Розроблено скловидні технологічні домішки, додавання яких у шихту знижує температуру спікання кераміки на 200-250°C, збільшує густину та пористість керамічних зразків без погіршення їх електрофізичних параметрів

Випромінювання світла з кремнієвих структур з діелектричною ізоляцією

В роботі представлено результати експериментального дослідження залежності струму зразків кремнієвих структур з діелектричною ізоляцією (SSDI) від напруги та описані особливості протікання струмів екстремально великої густини у структурах. Проведено дослідження процесів самоорганізації електронно-діркової плазми в SSDI, виготовлених за технологією SDI та проаналізовано отримані результати. Експериментально була визначена температура Ti виникнення власної провідності, що становила 860 K, при густині струму менше ніж 2·104 A/cm2, що в порівнянні перевищує температуру в структурах, виготовлених за технологією “кремній на ізоляторі” (SOI), більш ніж на 200 K. Показано, що струм викликає інтенсивний джоулів розігрів структур, виникнення у них власної провідності та утворення електронно-діркової плазми. Розшарування плазми супроводжується світінням у вигляді симетрично розташованих червоних плям. Виникнення кожної нової плями супроводжується утворенням S-подібної ділянки на вольт-амперній характеристиці, що є типовим проявом утворення шнура струму. Струмовий шнур виникає, якщо характеристика залежності струму від напруги (I-U) структур SSDI настільки відхиляється від закону Ома, що має S-подібну форму. Зовнішній вигляд шнурів характерний для матеріалів, зокрема напівпровідників, електропровідність яких швидко збільшується зі зростанням температури через збільшення концентрації носіїв заряду. Проаналізовано отримані результати на структурах SSDI і результати досліджень випромінювання світла із структур, виготовлених за технологією SOI, що були виконані авторами раніше. З’ясовано, що ефекти в структурах SOI виникають при більш низьких значеннях густини струму.The paper presents the results of an experimental study of the current dependence of samples of silicon structures with dielectric insulation (SSDI) on voltage, and describes the features of the flow of currents of extremely high density in these structures. A study of the processes of self-organization of electron-hole plasma in SSDI manufactured using SDI technology and an analysis of the obtained results have been performed. The temperature Ti of intrinsic conductivity, which was 860 K, was experimentally determined at a current density of less than 2·104 A/cm2, which exceeds the temperature in the structures made by “silicon on insulator” (SOI) technology by more than 200 K. It is shown that the current causes an intense Joule heating of these structures, an emergence of their own conductivity and the electron-hole plasma formation. A plasma stratification is accompanied by a glow in the form of symmetrically located red spots. The appearance of each new spot is accompanied by the formation of an S-shaped area on the volt-ampere characteristic, which is a typical manifestation of the current cord formation. The current cord occurs if the characteristics of the current dependence on the voltage (I-U) of SSDI structures deviate from the Ohm's law, having an S-shape. The appearance of cords is inherent to materials, in particular semiconductors, with the electrical conductivity increasing rapidly with temperature growth, due to the increase in charge carrier concentration. The obtained results are compared to authors’ earlier results of studies of light emission from the structures produced by SOI technology. It was found that the effects in the SOI structures occur at lower current density values than in the SSDI structures

Structure defects and properties of fianites

X-ray structure examination and spectroscopy, as well as hydrostatic method and fluorescence have been used to investigate single crystals of fianites differing in colors, doped with yttrium and rare earth ions. The crystal lattice defects, microhardness, absorption spectra and fluorescence of those fianites have been determined. It is shown that mechanical (density, hardness) and optical (color, absorption, fluorescence) properties of fianites depend on rare-earth microimpurities (Ce, Eu) and structure defects.Рентгеновскими структурным и спектральным, гидростатическим и флюоресцентным методами исследованы легированные иттрием и редкоземельными ионами фиани-товые монокристаллы, отличающиеся цветом. Определена дефектность кристаллической решетки этих фианитов, их микротвердость, спектры поглощения и флюоресценции. Показано, что механические (плотность, твердость) и оптические (цвет, поглощение, флюоресценция) свойства фианитов зависят от редкоземельных микропримесей (Ce, Eu) и дефектности структуры.Рентгенівськими структурним i спектральним, гідростатичним i флюоресцентним методами досліджено леговані ітрієм і рідкісноземельними іонами фіанітові монокристали, які відрізнялися кольором. Визначено дефектність кристалічної гратки цих фіанітів, їх мікротвердість, спектри поглинання та флюоресценції. Показано, що механічні (густина, твердість) та оптичні (колір, поглинання, флюоресценція) властивості фіанітів залежать від рідкісноземельних мікродомішок (Ce, Eu) і дефектності структури

Synthesis of lead zirconate: influence of zirconium oxide crystal modification

Specific features of lead zirconate synthesis from zirconium oxide of various crystal modifications (monoclinic, tetragonal, and cubic) have been studied. The monoclinic zirconium oxide has been shown to exhibit thehighest reactivity and its use results in decreased temperatures of lead zirconate synthesis and the ceramic sample sintering. A physical mechanism is proposed to explain the dependence of the lead zirconate synthesis temperature on the zirconium oxide crystal lattice type.Изучены особенности процесса получения цирконата свинца из оксида циркония различной кристаллической модификации (моноклинной, тетрагональной и кубической). Показано, что моноклинная модификация оксида циркония является наиболее реакционно способной: ее использование ведет к понижению температуры синтеза цирконата свинца и температуры спекания керамических образцов. Предложен физический механизм, определяющий зависимость температуры синтеза цирконата свинца от типа кристаллической решетки оксида циркония.Досліджено особливості процесу синтезу цирконату свинцю з оксиду цирконію різної кристалічної модифікації (моноклинної, тетрагональної та кубічної). Показано, що моноклинна модифікація оксиду цирконію є найбільш реакційно здатною: її використання призводить до зниження температури синтезу цирконату свинцю та температури спікання керамічних зразків. Запропоновано фізичний механізм, що пояснює залежність температури синтезу цирконату свинцю від типу кристалічної гратки оксиду цирконію