REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Odvisnost dielektrične konstante od zunanje (tlačne) obremenitve nudi možnost merjenja tlaka. Ta pojav je primeren predvsem za statične in kvazistatične aplikacije, kjer je običajna metoda, ki temelji na izrabi piezoelektričnega pojava, nezadostna. Čeprav je princip uporabe tega pojava za detekcijo tlaka poznan že skoraj trideset let, so literaturi podatki o tlačni odvisnosti dielektrične konstante zelo redki. Sprememba dielektričnosti v odvisnosti od zunanjega tlaka je povezana s pojavom nasprotne elektrostrikcije. Ta pojav, ki je v osnovi linearen, ima uporabno vrednost v materialih z visoko dielektričnostjo in njeno tlačno odvisnostjo. Zato je tlačno odvisnost dielektričnosti zanimivo raziskovati v materialih z visoko dielektrično konstanto, kot so feroelektriki in relaksorski feroelektriki.
V tej disertaciji je predstavljena sistematična študija karakteristik enoosne tlačne odvisnosti dielektričnosti, ki vplivajo na potencialno uporabnost materialov pri uporabi za detekcijo tlaka. V delu sem se omejil na materiale na osnovi Na0,5Bi0,5TiO3, ki ne vsebujejo svinca. Lastnosti relaksorskega feroelektrika Na0,5Bi0,5TiO3 sem spreminjal z modifikacijo sestave vzorcev z dodatkom NaTaO3 in KTaO3, ki izkazujeta lastnosti feroelektrikov v zametku, ter feroelektrika K0,5Bi0,5TiO3.
V prvem delu študije sem raziskal sintezne mehanizme reakcije v trdnem za materiale iz sistemov Na0,5Bi0,5TiO3–NaTaO3, Na0,5Bi0,5TiO3–KTaO3 in Na0,5Bi0,5TiO3–K0,5Bi0,5TiO3. Ugotovil sem, da se v vseh treh sistemih trdna raztopina tvori v celotnem področju sestav. V sistemih, ki vsebujeta kalijev oksid, pa je prisotno izhlapevanje in formacija manjše količine sekundarnih faz – kalijevih polititanatov. Izmeril sem električne lastnosti sintetiziranih materialov in jih povezal z njihovimi strukturnimi lastnostmi. Z dodatkom NaTaO3 in KTaO3 se fazne transformacije Na0,5Bi0,5TiO3 pomaknejo k nižjim temperaturam, dielektrični maksimum pa se razširi preko širšega temperaturnega območja. Ta dva sistema zaznamuje frekvenčna disperzija dielektričnih lastnosti, kar kaže na relaksorske lastnosti materialov iz teh sistemov. Materiali iz sistema Na0,5Bi0,5TiO3–NaTaO3 izkazujejo tudi feroelastične lastnosti, medtem ko so materiali iz sistema Na0,5Bi0,5TiO3–K0,5Bi0,5TiO3 pri sobni temperaturi feroelektrični.
Enoosno tlačno odvisnost dielektričnosti sem izmeril za materiale z različnim polarnim in elastičnim redom. Vpliv tlaka je bil največji v vzorcih z morfotropno fazno sestavo in v vzorcih z relaksorskimi lastnostmi. Ti vzorci so izkazovali tudi največjo vrednost dielektrične konstante. Materiali v feroelektrični in/ali feroelastični fazi so kazali izrazite dinamične in ireverzibilne spremembe dielektričnosti ob obremenitvi in po razbremenitvi. Tako obnašanje je povezano z ekstrinzičnimi prispevki makroskopske domenske strukture, ki je prisotna v teh materialih. Vzorci iz sistema Na0,5Bi0,5TiO3–KTaO3 z relaksorsko strukturo pa izkazujejo reverzibilno dielektričnost ob spreminjanju tlaka in razbremenitvi. Reverzibilnost v teh vzorcih je povezana z relaksorsko strukturo materialov, v kateri so polarni nanoskupki razpršeni po nepolarni kubični matrici in se lahko orientirajo nazaj v začetno pozicijo po prenehanju tlačne obremenitve. Med vsemi raziskanimi materiali imajo najbolj uporabne lastnosti materiali z 10 do 30 mol% KTaO3.
V tej študiji sem opravil obsežno raziskavo vpliva enoosne tlačne obremenitve na dielektrične lastnosti materialov na osnovi Na0,5Bi0,5TiO3. Ugotovil sem, da so materiali z makroskopsko domensko strukturo manj primerni za detekcijo tlaka, medtem ko so materiali z relaksorsko strukturo potencialno uporabni za merjenje tlaka na osnovi nasprotnega elektrostrikcijskega pojava.