Экспериментально изучен электрокалорический эффект в модифицированном триглицинсульфате (кристаллы TGSPF и ATGSPF) в широком интервале полевых и температурных воздействий

Кухта, А.А.

Януть, Виктор Иосифович

Belarusian State Pedagogical University Repository

ф/ЗШ,магэмагык/,шф арматы к iРЕПОЗИТОРИЙ БГПУ18 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ I 7ЭАРЭТЫЧНАЯ Ф131КАческой фазе, молекула L-валина ориентирует группу NH3 молекулы глицина-1 таким образом, что суммарный дипольный момент этих групп направлен противоположно внутреннему полю сульфат-ионов. Отсуствие униполярности кристаллов LVTGS, выращенных в параэлектрической фазе, связано с тем, что деформационное влияние ионов [РОА]^  на группы сульфат-ионов не имеет преобладающего направ­ления так как процесс замещения происходит в отсутствие ориентирующего поля спонтанной поляризации. В то же время, температура выращивания на ориента­цию молекул L-валина существенного влияния не оказывает. ч Литература1. Цедрик М. С. Физические свойства кристаллов семейства триглицинсульфата в зави­симости от условий выращивания. Мн., 1986.2. Галстян Г. Т., Рез И. С., Рейзер М. Ю. О природе примесной униполярности кристал­лов триглицинсульфата// Физика твердого тела. 1982. Вып. 7. Т. 24. С. 2186-2190.3. Bhala A. S., Fang С. S., Gross L. E., Xi Y. Pyroelektric properties of the modified triglyzine sulphate (TGS) single crystals// Ferroelektrics. 1984. Vol. 54. N 1-4. P. 491-494.4. Способ получения легированного монокристалла триглицинсульфата из раствора / Марголин Л. Н., Гонтарев В. Ф. и др. (РБ) № 1346; Опубл. 20.03.96.5. Мерц В. Образование домена и движение доменной стенки в сегнетоэлектрическом монокристалле //Физика диэлектриков. М., 1960. С. 286-289.6. Цедрик М. С., Заборовский Г. А., Януть В. И. Импульсная переполяризация высоко­легированных кристаллов LATGS II Сегнетоэлектрики и пьезоэлектрики. Калинин, 1989. С. 21-27.7. Grannier W. Etude cristallochimique et structurale des composes oxyfluore du Pv tetraedri- que/ /Toulouse, 1975. 262 p.8. Берсукер И. Б., Вехтер Б. Г. и др. Происхождение спонтанной поляризации и сегнето- электрического фазового перехода в ТГС // Физика твердого тела. 1969. Вып. 9. Т.11. С. 2452-2458.ЭЛЕКТРОКАЛОРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В МОДИФИЦИРОВАННОМ ТРИГЛИЦИНСУЛЬФАТЕТермодинамическое описаниеСуть эффекта ЭКЭ заключается в изменении энтропии (S ) системы при по­мещении ее в электрическое поле. Так, следуя [1] и записывая энтропию как функ­цию температуры ( Т ) и электрического поля (£ ) , имеем:А. А. Кухта, В. И. Януть(1)РЕПОЗИТОРЙ БГПУЭКСПЕРЫМЕНТАЛЬНАЯ I ТЭАРЭТЫЧНАЯ Ф131КА 19Если учесть, что при выполнении условий адиабатичности (dS = 0)(*s) J£l) эе l lar L' (дт L \ т уто согласно [2],д Т \ Т (д РдЕ I  сЕ[д Т (2)(3)Если в качестве независимых переменных взять поляризацию; (Р ) и Г, то по аналогии с (2) имеем:где сЕ и сР — теплоемкости при постоянном поле и постоянной поляризации соот­ветственно.Анализ (2) и (3) дает возможность представить изменение температуры при ЭКЭввиде:dT = - — ( dE (4)ЭГили dT = — ( —  I аР (5)удТТаким образом, при адиабатических условиях изменение напряженности электрического поля приводит к изменению температуры кристалла.Согласно феноменологической теории Гинзбурга-Девоншира, выражение (5) в случае сегнетоэлектрика с фазовым переходом II рода, каковым является три- глицинсульфат (TGS), имеет следующий вид:dT = — — P-dP  (6)Cw СрПроинтегрировав (6), получаем:ДГ = 2п— — (P2-P s ) - (7)CpCwЗдесь cw = 4тг/а0 ; а(, — первый, независящий от температуры коэффициент разложения термодинамического потенциала по степеням поляризации.Зависимость A7(E) в общем случае не имеет такой простой формы, как А 7 (Р ), так как значения коэффициентов разложения Р по степеням Е зависят от температуры. Однако в параэлекгрической фазе во всех сегнетоэлектриках вы­полняется закон Кюри-Вейсса. ТогдаДТ = — (8) Ы с Е Т -Т сПриняв Ps = 0, а также Р = е()еЕ , получим:А 7 = 2п — в(2)£2Е2, (9)CFCWгде е0 — диэлектрическая постоянная.РЕПОЗИТОРИЙ БГПУ20 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ I ТЭАРЭТЫЧНАЯ Ф131КАИз выражения (7) можно довольно точно определить Ps в непосредственной близости точки Кюри. Для этого следует произвести измерения при одинаковых температурах АТ при ЭКЭ и полной поляризации Р. Затем, построив график зави­симости А7"(Р2), экстраполировать его к значению АТ = 0. Полезность такого спо­соба определения Ps вблизи ФП очевидна ввиду большой нелинейности поляри­зации в этой температурной области.Использование выражений (8) или (9) для расчета А 7 при ЭКЭ и исследо­вания температурных зависимостей коэффициентов разложения термодинами­ческого потенциала ненадежно по причине непостоянства ср, cw и е при измене­нии Т и Е. Это свидетельствует о необходимости экспериментального изучения ЭКЭ с целью определения характера фазовых переходов при воздействии интен­сивных электрических полей.В настоящей работе экспериментально изучен ЭКЭ в модифицированном триглицинсульфате (кристаллы TGSPF и ATGSPF [3]) в широком интервале поле­вых и температурных воздействий.Результаты исследованийНами обнаружены максимумы на зависимостях AT(tu) всех исследованных кристаллов TGSPF и ATGSPF. Значения АТм для TGSPF несколько ниже по сравнению с TGS, однако с увеличением содержания х в растворе это умень­шение незначительно. При этом температура максимума Тск смещается влево по температурной шкале.Изменение формы кривых А Т(Е) исследуемых образцов при изменении тем­пературы до и после фазового перехода носит различный характер. Так, в области комнатных температур в стабильной сегнетоэлекгрической фазе наблюдается ли­нейная зависимость А Т(Е), а в области ФП — выпуклости кривых. В пара-электрической фазе зависимость ДТ(Е) постепенно переходит в квадратичную. Этот переход осуществляется сначала в области слабых полей, затем с увеличе­нием температуры смещается в область больших значений Е .Качественно зависимости АГ(Е) можно объяснить, рассмотрев «доменный» механизм. При комнатной температуре домены «заморожены» и в ЭКЭ участвует их небольшая часть, которая может быть линейно увеличена полем. По мере при­ближения к ФП возрастает подвижность и энергия доменов. Вследствие этого по­вышаются численные значения А Г , причем в большей степени в слабых полях. Таким образом, для сегнетоэлектрической фазы, где определяющую роль играет спонтанная поляризация, нами получена линейная зависимость АТ(Е) для всехкристаллов, что хорошо соответствует характеру термодинамического разложения поляризации по степеням напряженности и указывает на необязательность учета высших степеней Е при расчете Р .Полученная зависимость А7(E ) в параэлектрической фазе хорошо согласу­ется с выражениями (8) и (9). Однако, несмотря на качественно одинаковый харак­РЕПОЗИТОРИЙ БГПУЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ I ТЭАРЭТЫЧНАЯ Ф131КА 21тер зависимостей А Г(Е), их детальный анализ позволяет сделать вывод о наи­большей подвижности доменной структуры кристаллов TGS по сравнению с TGSPF и ATGSPF и указывает на ухудшение их переключательных свойств по мере увеличения степени замещенности сульфатной группы.Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что при существенном изменении макроскопических свойств кристаллов TGSPF и ATGSPF относительно TGS при их модификации интерпретация процесса изменения этих свойств возможна в рамках вышеотмеченной феноменологической теории Литература1. Смоленский Г. А., Крайник Н. Н. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлекгрики. М.,1968.2. Гинзбург В. Л., Физика твердого тела. 1960. Т. 2. С. 20-31.3. Василевский С. А., Януть В. И. // Сегнетоэлектрики: Сб. науч. тр. Мн., 1986. С. 72-76.Т. В. Деревинская, Ю. И. МиксюкАНАЛИЗ ПРОЯВЛЕНИЙФОТОИНИЦИИРУЕМЫХ ПРОТОЛИТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СПЕКТРАЛЬНОМ ОТКЛИКЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ СИСТЕМФотопротолитические превращения, при которых молекула отдает либо присое­диняет протон в возбужденном состоянии, поглотив квант света, привлекают как ака­демический, так и практический интерес исследователей. Являясь простейшим при­мером фотохимических реакций, они удобны для проведения модельных исследова­ний общих закономерностей поведения молекул в электронно-возбужденном состоя­нии. Играя существенную роль во многих биологических процессах, они находят все более широкое практическое использование. В частности, возможность реализации в молекулярных системах, подверженных фотопереносу протона, резкого фотоиндуци- рованного изменения pH на несколько порядков, другими словами фотоиндуцирован- ного самовоздействия молекул, открывает перспективы достижения на указанных системах нелинейного отклика на световое воздействие, реализации новых возмож­ностей импульсного управления оптическими свойствами.В работе подробно рассмотрена динамика фотопереноса протона на примере жидких полярных растворов 3-метоксибензантрона и 2-нафтйламина в протонных и апротонных растворителях. На основе представления о параллельном протекании диффузионно ограниченного и более быстрого процессов переноса протона в иссле­дуемых растворах дана оценка доли возбужденных Молекул, участвующих в быстрой фотопротолитической реакции. Для вывода удобной при использовании в рассчетах формулы, определяющей долю возбужденных молекул красителя a(S), способных к участию в реакции по быстрому механизму, когда усредненная по раствору концент­рация доноров (акцепторов) протона равна 8(моль/л), использовалась аналогия мо­дели фотопротолитической реакции, включающей понятие эффективного объема, с моделью тушения флуоресценции, использующей понятие сферы тушения.РЕПОЗИТОРИЙ БГПУ

Электрокалорический эффект в модифицированном триглицинсульфате

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Belarusian State Pedagogical University Repository