REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Feroelektrične materiale odlikuje sposobnost pretvorbe električne energije v mehansko in obratno, zaradi česar se pogosto uporabljajo kot senzorji, aktuatorji in ultrazvočni pretvorniki. Njihove električne in elektromehanske lastnosti so zato dobro raziskane, medtem ko so mehanske lastnosti, kot sta Youngov modul (E) in trdota (H), precej manj poznane. Natančno poznavanje mehanskih lastnosti ter določanje elastičnih in plastičnih parametrov pa bistveno prispeva k učinkovitejšemu modeliranju in napovedovanju mehanskega obnašanja teh materialov.
V okviru doktorske disertacije smo preučevali elastične in plastične lastnosti perovskitnih oksidnih feroelektrikov ter analizirali strukturne spremembe po mehanski obremenitvi, vse do atomskega nivoja. Mehanske lastnosti smo določali z in-situ nanoindentacijo v vrstičnem elektronskem mikroskopu, kar nam je omogočilo ciljno merjenje specifičnih področij v materialu (npr. domene, domenske stene (DS)). Dodatno smo za merjenje elastičnih lastnosti uporabili tudi mikroskopijo na atomsko silo (AFM). Rezultate mehanskih analiz smo dopolnili s preučevanjem strukturnih in mikrostrukturnih značilnosti materialov z uporabo elektronske mikroskopije.
V prvem delu disertacije smo raziskali mikrostrukturne in mehanske lastnosti polikristaliničnih debelih plasti 0,9Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−0,1PbTiO3, pripravljenih z metodo nanašanja plasti v curku aerosola, pred in po dodatnem segrevanju na zraku, ker se ta velikokrat uporablja za izboljševanje elektromehanskih lastnosti. Pokazali smo, da zrna pri dodatnem segrevanju rastejo, prihaja do prerazporeditve por, medtem ko se mehanski lastnosti plasti, tj. H in E, zvišata za ~16 % . Mikrostrukturne spremembe se odražajo tudi v večji razpršitvi indentacijskih krivulj in v večji pogostosti dogodkov, kjer merjena globina naglo poskoči pri konstantni sili (angl. pop-in).
V drugem delu smo z in-situ nanoindentacijo izmerili H in E ter raziskali plastično obnašanje polikristaliničnega BiFeO3. Z višanjem sile obremenitve v območju od 200 μN do 2 mN se je H zmanjšal za ~37 %, E pa za ~8 %. V kombinaciji z različnimi tehnikami elektronske mikroskopije smo pokazali zaporedje plastične deformacije, in sicer od homogene nukleacije dislokacij z aktivacijo sistema zdrsa {110}pc<1͞10>pc, ki mu je sledilo premikanje dislokacij in njihovo množenje, kar je na koncu privedlo do kopičenja dislokacij in nastanka podzrn.
V zadnjem delu doktorske disertacije smo z uporabo tehnike AFM določili elastične lastnosti domen in ne-180° DS monokristalu (K1/2Na1/2)NbO3. Povprečni izmerjeni E je ~130 GPa. Domene so elastično anizotropne, pri 90° DS smo opazili razliko v elastičnem odzivu v primerjavi z okoliškimi domenami, medtem ko pri 60° DS tega nismo opazili. Znano je, da na rezultate meritev vplivajo tako intrinzične elastične lastnosti same DS kot zunanji dejavniki, kot sta vpliv sosednjih domen ter interakcija sten in konice AFM.