Електрофізичні властивості A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою

Термообробкою шихти спільно осаджених гідроксикарбонатів синтезовані високостехіометричні полікристалічні зразки катіондефіцитних ніобатів A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba) з тришаровою перовськітоподібною структурою. Методом імпедансної спектроскопії досліджені електрофізичні властивості виготовлених з н...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2021
Автори:	Тітов, Ю.О., Слободяник, М.С., Кузьмін, Р.М., Чумак, В.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2021
Назва видання:	Доповіді НАН України
Теми:	Матеріалознавство
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/180569
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Електрофізичні властивості A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою / Ю.О. Тітов, М.С. Слободяник, Р.М. Кузьмін, В.В. Чумак // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 4. — С. 53-60. — Бібліогр.: 15 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-180569
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1805692021-10-04T01:26:20Z Електрофізичні властивості A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою Тітов, Ю.О. Слободяник, М.С. Кузьмін, Р.М. Чумак, В.В. Матеріалознавство Термообробкою шихти спільно осаджених гідроксикарбонатів синтезовані високостехіометричні полікристалічні зразки катіондефіцитних ніобатів A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba) з тришаровою перовськітоподібною структурою. Методом імпедансної спектроскопії досліджені електрофізичні властивості виготовлених з них керамічних зразків. Для моделювання спектра імпедансу застосовано метод еквівалентних схем, представлених радіотехнічними елементами, який дає змогу виділити у чистому вигляді властивості мікрокристалічних зерен кераміки, тобто власне досліджуваної речовини, без впливу міжкристалічних та електродних ефектів. Встановлені та проаналізовані залежності комплексного імпедансу Z(v) цих сполук від частоти (0,1—10⁶ Гц) зондуючого синусоїдального електричного сигналу та температури (300—700 К). Досліджені температурна залежність електропровідності на постійному струмі, температурні та частотні залежності дійсної компоненти діелектричної проникності ε´, а також визначена енергія активації електропровідності зерен кераміки A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba). Встановлена можливість використання синтезованих матеріалів для виготовлення високочутливих і стійких до агресивних умов експлуатації термісторів із суто нелінійною характеристикою та широким інтервалом робочої температури. High-stoichiometric polycrystalline samples of cation-deficient niobates A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba) with a three-slab perovskite-like structure were synthesized by the heat treatment of a charge of co-precipitated hydroxycarbonates. The electrophysical properties of ceramic samples made from them are investigated by the method of impedance spectroscopy. To simulate the impedance spectrum, the method of equivalent circuits represented by radio engineering elements was used. It allows one to isolate, in pure form, the properties of microcrystalline grains of a ceramics, that is, the substance under study itself, without the influence of the intercrystalline and electrode effects. The dependences of the complex impedance Z(v) of these compounds on the frequency (0.1-10⁶ Hz) of the probing sinusoidal electrical signal and temperature (300-700 K) have been established and analyzed. The temperature dependence of the d. c. electrical conductivity, temperature and frequency dependences of the real component of the dielectric constant ε´, as well as the activation energies of the electrical conductivity of A₃ˡˡLaNb₃O₁₂ ceramic grains (Aˡˡ = Sr, Ba) were determined. The possibility of using the synthesized materials for the manufacture of thermistors highly sensitive and resistant to aggressive operating conditions with a nonlinear characteristic and a wide range of operating temperature has been established. 2021 Article Електрофізичні властивості A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою / Ю.О. Тітов, М.С. Слободяник, Р.М. Кузьмін, В.В. Чумак // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 4. — С. 53-60. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2021.04.053 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/180569 546.42´43´654´882 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Матеріалознавство Матеріалознавство
spellingShingle	Матеріалознавство Матеріалознавство Тітов, Ю.О. Слободяник, М.С. Кузьмін, Р.М. Чумак, В.В. Електрофізичні властивості A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою Доповіді НАН України
description	Термообробкою шихти спільно осаджених гідроксикарбонатів синтезовані високостехіометричні полікристалічні зразки катіондефіцитних ніобатів A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba) з тришаровою перовськітоподібною структурою. Методом імпедансної спектроскопії досліджені електрофізичні властивості виготовлених з них керамічних зразків. Для моделювання спектра імпедансу застосовано метод еквівалентних схем, представлених радіотехнічними елементами, який дає змогу виділити у чистому вигляді властивості мікрокристалічних зерен кераміки, тобто власне досліджуваної речовини, без впливу міжкристалічних та електродних ефектів. Встановлені та проаналізовані залежності комплексного імпедансу Z(v) цих сполук від частоти (0,1—10⁶ Гц) зондуючого синусоїдального електричного сигналу та температури (300—700 К). Досліджені температурна залежність електропровідності на постійному струмі, температурні та частотні залежності дійсної компоненти діелектричної проникності ε´, а також визначена енергія активації електропровідності зерен кераміки A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba). Встановлена можливість використання синтезованих матеріалів для виготовлення високочутливих і стійких до агресивних умов експлуатації термісторів із суто нелінійною характеристикою та широким інтервалом робочої температури.
format	Article
author	Тітов, Ю.О. Слободяник, М.С. Кузьмін, Р.М. Чумак, В.В.
author_facet	Тітов, Ю.О. Слободяник, М.С. Кузьмін, Р.М. Чумак, В.В.
author_sort	Тітов, Ю.О.
title	Електрофізичні властивості A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою
title_short	Електрофізичні властивості A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою
title_full	Електрофізичні властивості A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою
title_fullStr	Електрофізичні властивості A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою
title_full_unstemmed	Електрофізичні властивості A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою
title_sort	електрофізичні властивості a₃ˡˡlanb₃o₁₂(aˡˡ = sr,ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2021
topic_facet	Матеріалознавство
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/180569
citation_txt	Електрофізичні властивості A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою / Ю.О. Тітов, М.С. Слободяник, Р.М. Кузьмін, В.В. Чумак // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 4. — С. 53-60. — Бібліогр.: 15 назв. — укр.
series	Доповіді НАН України
work_keys_str_mv	AT títovûo elektrofízičnívlastivostía3lllanb3o12allsrbazšaruvatoûperovsʹkítopodíbnoûstrukturoû AT slobodânikms elektrofízičnívlastivostía3lllanb3o12allsrbazšaruvatoûperovsʹkítopodíbnoûstrukturoû AT kuzʹmínrm elektrofízičnívlastivostía3lllanb3o12allsrbazšaruvatoûperovsʹkítopodíbnoûstrukturoû AT čumakvv elektrofízičnívlastivostía3lllanb3o12allsrbazšaruvatoûperovsʹkítopodíbnoûstrukturoû
first_indexed	2025-07-15T20:42:43Z
last_indexed	2025-07-15T20:42:43Z
_version_	1837747053984219136
fulltext	53 ОПОВІДІ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 4: 53—60 Ц и т у в а н н я: Тітов Ю.О., Слободяник М.С., Кузьмін Р.М., Чумак В.В. Електрофізичні властивості A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 4. С. 53—60. https://doi.org/10.15407/dopovidi2021.04.053 Наявність у представників сімейства катіондефіцитних сполук типу AnBn–1O3n ряду прак- тично важливих електрофізичних властивостей [1—10] обумовлена, зокрема, особливостя- ми їх шаруватої перовськітоподібної структури (ШПС), яка побудована з двовимірних (нескінченних у напрямках осей Х і Y) перовськітоподібних блоків завтовшки n – 1 шарів з’єднаних вершинами деформованих октаедрів ВO6 [2, 7, 9—11] (рис. 1, а). Блоки розділені https://doi.org/10.15407/dopovidi2021.04.053 УДК 546.4243654882 Ю.О. Тітов1, https://orcid.org/0000-0001-9900-3751 М.С. Слободяник1, https://orcid.org/0000-0003-2684-9806 Р.М. Кузьмін1, https://orcid.org/0000-0003-4499-4468 В.В. Чумак2, https://orcid.org/0000-0001-5892-3703 1 Київський національний університет ім. Тараса Шевченка 2 Житомирський державний університет ім. Івана Франка E-mail: tit@univ.kiev.ua Електрофізичні властивості A3 IILaNb3O12 (AII = Sr, Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою Представлено членом-кореспондентом НАН України М.С. Слободяником Термообробкою шихти спільно осаджених гідроксикарбонатів синтезовані високостехіометричні пол і крис- талічні зразки катіондефіцитних ніобатів A3 IILaNb3O12(AII  Sr, Ba) з тришаровою перовськітоподібною структурою. Методом імпедансної спектроскопії досліджені електрофізичні властивості виготовлених з них керамічних зразків. Для моделювання спектра імпедансу застосовано метод еквівалентних схем, пред- ставлених радіотехнічними елементами, який дає змогу виділити у чистому вигляді властивості мікро- кристалічних зерен кераміки, тобто власне досліджуваної речовини, без впливу міжкристалічних та елект- родних ефектів. Встановлені та проаналізовані залежності комплексного імпедансу Z() цих сполук від частоти (0,1—106 Гц) зондуючого синусоїдального електричного сигналу та температури (300—700 К). Досліджені температурна залежність електропровідності на постійному струмі, температурні та час- тотні залежності дійсної компоненти діелектричної проникності , а також визначена енергія активації електропровідності зерен кераміки A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba). Встановлена можливість використання синтезованих матеріалів для виготовлення високочутливих і стійких до агресивних умов експлуатації тер місторів із суто нелінійною характеристикою та широким інтервалом робочої температури. Ключові слова: сполуки типу Аn+1BnO3n+1, шарувата перовськітоподібна структура, кераміка, імпеданс, електропровідність, діелектрична проникність. МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО MATERIALS SCIENCE 54 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 4 Ю.О. Тітов, М.С. Слободяник, Р.М. Кузьмін, В.В. Чумак шаром вакантних октаедрів. Безпосередній зв’язок між октаедрами сусідніх блоків від- сутній, а з’єднання блоків здійснюється за допомогою зміщених до країв блока атомів типу А1 через зв’язки —О—А1—О—. Координаційне число (КЧ) атомів А1 становить 12. З два- надцяти атомів оксигену поліедра А1О12 дев’ять (шість O2 і три O1) належать до того ж блока, що і атоми А1, а три атоми оксигену O2 — до сусіднього блока (див. рис. 1, б). Досі дослідження електрофізичних властивостей тришарових представників цього сі- мейства сполук складу A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba) проводилось на зразках, синтезованих ви- ключно за високотемпературною керамічною технологією. Ії суттєвими недоліками є відносно низька стехіометричність зразків, яка обумовлена низькою швидкістю твердо- фазних процесів, і можливість втрати оксигену при високих температурах синтезу за раху- нок часткового відновлення ніобію. Як наслідок, це відображалося на відтворюваності характеристик зразків і розбіжностями у величинах їх характеристик та значеннях темпе- ратур фазових переходів [1—10]. Відзначені недоліки відсутні у хімічних методів синтезу оксидних сполук, таких як метод спільного осадження компонентів. Його використання дає можливість одержати із шихти спільно осаджених гідроксикарбонатів високостехіометричні ніобати A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba) з менш деформованою ШПС, ніж за умов керамічної технології синтезу [11, 12]. Мета даної роботи — дослідження електрофізичних властивостей ніобатів складу A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba) з тришаровою ШПС, синтезованих термообробкою спільно осад- жених гідроксикарбонатів. Полікристалічні зразки A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba) синтезовані термообробкою шихти спільно осаджених гідроксикарбонатів як описано в [12]. Як вихідні застосовані водні роз- чини нітратів стронцію, барію і лантану марок „хч” та метанольний розчин NbCl5 марки “осч”. Керамічні таблетки Sr3LaNb3O12 та Ba3LaNb3O12 (  10 мм, h  1 ¸ 2 мм) були виготовлені із синтезованого полікристалічного порошку методом холодного пресування (тиск 3  108 Па) з подальшим спіканням на повітрі при температурах 1570—1670 К. Зна- чення гідростатичної густини одержаної кераміки лежало в межах 75—92 % рентгеногра- фіч ної густини. Електрофізичні властивості синтезованих керамік досліджували за методикою імпе- дан сної спектроскопії [13]. Вимірювали \| ( ) \|Z  — модуль електричного імпедансу і ( )  — фазовий зсув, залежно від частоти  зондуючого синусоїдального електричного сигналу Рис. 1. Кристалічна структура Sr3LaNb3O12 у вигляді октаедрів NbO6 та атомів Sr і La (сірі кружечки) (а) та будова міжблокової границі в ШПС Sr3LaNb3O12 (атоми (Sr,La)1 — чорний кружечок) (б) 55ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 4 Електрофізичні властивості A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою (0,1—106 Гц) та температури (300—700 К). Виходячи з одержаних даних за формулами ( ) \| ( ) \| ( ( ))cosZ Z      та ( ) \| ( ) \| ( ( ))sinZ Z      вираховували відповідно дійсну та уяв- ну компоненти комплексного імпедансу ( ) ( ) ( )–Z Z jZ     , тут j — уявна одиниця. Ви- мірювання здійснювали за термічним циклом: нагрів — охолодження. Явищ термічного гістерезису не виявлено. За одержаними даними на комплексній площині побудовані гра- фіки, де аргумент представлено дійсною компонентою комплексного імпедансу, а функ- ція — його уявною компонентою. Параметричні графіки комплексного імпедансу досліджуваних сполук у вигляді за- леж ності експериментальних значень їх уявних компонент exp( )Z   від значень їх дійсних компонент exp( )Z   (діаграма Найквіста) при температурах 300, 500 та 700 К наведені на рис. 2. Аналіз таких графіків здійснювали із застосуванням методу еквівалентних схем, в яких електрофізичні процеси, які відбуваються у досліджуваному матеріалі, представлені класичними радіотехнічними елементами, з’єднаними у визначеній послідовності. Наведе- ні на рис. 2 експериментальні дані добре апроксимуються двома послідовно з’єднаними па рами паралельно включених електричного опору R та елемента постійної фази CPE Рис. 2. Діаграми Найквіста керамік Sr3LaNb3O12 (a, в, д) та Ba3LaNb3O12 (б, г, е). Експериментальні да ні позначені символами □. Суцільні лінії — результати моделювання даних імпедансного аналізу за ме- тодом еквівалентних схем 56 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 4 Ю.О. Тітов, М.С. Слободяник, Р.М. Кузьмін, В.В. Чумак ((constant phase element). Останній характеризується імпедансом –1 – CPE ( )Z Q j   , де Q — коефіцієнт пропорційності (цей символ часто застосовується для формального позначен- ня елемента CPE), j — уявна одиниця,  — експоненціальний показник, який визначає фа- зове відхилення,  — частота. У публікаціях з імпедансної спектроскопії така схема за- звичай позначається як (Q1R1)(Q2R2) [14]. У нашому випадку її можливо перепозначити як (QgrbRgrb)(QgrRgr), де елементи Qgrb та Rgrb описують електричні явища на границях між зернами кераміки, а елементи Qgr та Rgr — об’ємні властивості самих зерен, тобто самої досліджуваної речовини. Апроксимацію експериментальних даних exp( )iZ   та exp( )iZ   на послідовності частот i , на яких відбувалися вимірювання, проводили за допомогою програми EIS Spectrum Analyser 1.0. Результати апроксимації позначені на рис. 2 суціль- ними лініями. Те, що для задовільної апроксимації експериментальних даних вистачає тільки двох елементів (QR), вказує на незначний вплив границі розподілу електрод — керамічний зра- зок на рух носіїв електричного струму в досліджуваному матеріалі. Тому сума gr grb dc R R R  відповідає електричному опорові на постійному струмі ке- ра мічного зразка в цілому. Виходячи з цього питома електрична провідність всієї кера- мічної таблетки вираховується за формулою dc dc/L R S  , де L — товщина зразка, S — площина електрода. Оскільки товщина контактів між окремими зернами кераміки значно менша (більше ніж на два порядки) за товщину самих зерен, то питома електропровідність останніх може бути вирахувана за припущенням, що їх ефективна сумарна товщина по зразку приблизно дорівнює товщині самого зразка. Тому чиста питома електропровідність зерен кераміки вираховується з достатньою точністю за формулою gr gr/L R S  . Значення питомої електропровідності зерен кераміки A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba), яка виготовлена із синтезованих термообробкою спільно осаджених гідроксикарбонатів по рош- ків ніобатів, відносно високі і становлять при 300 К 9,56 · 10–9 Ом–1⋅м–1 для Sr3LaNb3O12 та 2,68 · 10–8 Ом–1⋅ м–1 для Ba3LaNb3O12. Температурні залежності питомих електро провід- нос тей як для зразків у цілому (dc), так і для масиву зерен кераміки (gr) у кераміці Sr3LaNb3O12 та Ba3LaNb3O12 наведені на рис. 3. Рис. 3. Залежність електропровідності керамік Sr3LaNb3O12 (а) і Ва3LaNb3O12 (б) на постійному струмі від зворотної температури для всього зразка — крива dc (T) та зерен кераміки — крива gr (T) 57ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 4 Електрофізичні властивості A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою Як видно з рис. 3, температурна залежність електропровідності кераміки A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba) має складний вигляд і характеризується наявністю трьох ділянок: низько- температурної (до ~420 К) з незначним температурним коефіцієнтом електропровідності, високотемпературної (Т > ~520 К) з експоненціальною залежністю електропровідності від температури та проміжної області між ними. Низькотемпературна ділянка характерна для багатьох оксидних сполук і має, як правило, домішкову природу. Однозначне визначення механізму високотемпературної електропровідності синтезо- ваних термообробкою спільно осаджених гідроксикарбонатів ніобатів A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba) потребує комплексу додаткових досліджень. Особливості будови їх тришарової ШПС (зокрема двовимірний характер ШПС, наявність протяжних міжблокових границь та шару вакансій у В-позиціях ШПС на межах блоків [2, 7, 9, 11]) давали підставу для припущення про деякий внесок іонної провідності в механізм транспорту електричного за ряду в цих матеріалах. Іншим можливим компонентом загальної електропровідності мо- же бути протонна провідність, яка за даними [9] має місце у синтезованих за керамічною технологією представників сімейства сполук типу AnBn–1O3n з гексагональною ШПС та ве- ликими катіонами типу А з низькою електронегативністю. У стронцієвмісній кераміці загальна електропровідність на постійному струмі (dc) приблизно на порядок нижча за чисту питому електропровідність речовини, представлену самими зернами. На противагу цьому у барієвмісних матеріалах значення цих двох електро- провідностей майже збігаються при низьких та високих температурах. І тільки в інтервалі температур від 375 до 575 К власна електропровідність зерен кераміки перевищує загаль- ну електропровідність усього зразка. Це свідчить про те, що в барієвмісній кераміці гра- нич ні (між зернами) властивості кераміки мало відрізняються від об’ємних, на відміну від стронцієвмісної кераміки. Рис. 4. Залежність дійсної компоненти діелектричної проникності  від тем ператури в кераміках Sr3LaNb3O12 (a) та Ba3LaNb3O12 (б) при частоті 0,1 Гц (крива 1), 100 Гц (крива 2) і 106 Гц (крива 3) 58 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 4 Ю.О. Тітов, М.С. Слободяник, Р.М. Кузьмін, В.В. Чумак По нахилах експоненціальних високотемпературних ділянок залежностей натураль- них логарифмів електропровідностей від зворотної температури розраховані значення енер- гій активації електропровідності ніобатів A3 IILaNb3O12: Egr  0,66 eВ і Edc  0,69 eВ для AII  Sr тa Egr  0,51 еВ та Edc  0,53 еВ для AII  Ва. На рис. 4 наведені температурні залежності дійсної компоненти діелектричної про- ник ності  у синтезованих матеріалах, виміряні при частотах 0,1, 100 та 106 Гц. При частоті 0,1 Гц та температурах нижче 400 К спостерігається слабка залежність  від температури. Зі збільшенням частоти до 106 Гц ця область розширюється до 600 К, де починається різке зростання величини діелектричної проникності. Відносно великі значення , особливо в низькочастотному діапазоні, обумовлені внеском поляризації типу Максвелла—Вагнера на неоднорідностях, притаманних керамічним матеріалам, та дифузійним рухом іонів. По- казані тенденції температурних і частотних властивостей досліджуваних керамік характер- ні для багатьох конденсованих речовин, як наприклад у [15]. Згідно з даними дослідження температурних залежностей структурних параметрів синтезованих за керамічною технологією ніобатів A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba) [7], їх нагрі- вання призводить до поступового зменшення кута нахилу суміжних октаедрів NbO6, що спричинює зміну їх просторової групи 3 3R R m при 465 К для Ba3LaNb3O12 та 720 К для Sr3LaNb3O12. Цей перехід є оборотним і супроводжується екстремумом (Ba3LaNb3O12) або перегином (Sr3LaNb3O12) на кривих ( )f T  . Відсутність аномалій на температурних залежностях  і  у синтезованих термообробкою спільно осаджених гідроксикарбонатів A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba) обумовлена їх менш деформованою структурою. Зокрема, в синтезованому за цим методом Sr3LaNb3O12 відсутній взаємний нахил октаедрів NbО6, а його ШПС при кімнатних температурах належить до більш високосиметричної просторової групи 3R m [11]. Таким чином, нами методом імпедансної спектроскопії встановлені особливості тем пе- ра турної залежності електропровідності на постійному струмі, температурні та частотні залежності дійсної компоненти діелектричної проникності кераміки, виготовленої із син- тезованих термообробкою спільно осаджених гідроксикарбонатів ніобатів A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba). Вона може знайти застосування у високочутливих і стійких до агресивних умов експлуатації термісторах з нелінійною характеристикою та широким (щонайменше до 700 К) інтервалом робочої температури. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРA 1. Sebastian M.T. Dielectric materials for wireless communication. Oxford: Elsevier, 2008. 671 p. 2. Lichtenberg F., Herrnberger A., Wiedenmann K. Synthesis, structural, magnetic and transport properties of layered perovskite-related titanates, niobates and tantalates of the type AnBnO3n+2, AAk–1BkO3k+1 and AmBm–1O3m. Prog. Solid State Chem. 2008. 36, № 4. P. 253–387. https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem. 2008.10.001 3. Fang L., Zhang H., Yu Q., Su H., Wu B., Cui X. Sr3LaNb3O12: A new low loss and temperature stable A4B3O12- type microwave dielectric ceramic. J. Am. Ceram. Soc. 2009. 92, № 2. P. 556–558. https://doi.org/10.1111/ j.1551-2916.2008.02917.x 4. Fang L., Li C., Peng X., Hu C., Wu B. Two novel A4B3O12-type microwave ceramics with high-Q and nea- zero f. J. Mater. Res. 2010. 25, № 7. P. 1239–1242. https://doi.org/10.1557/JMR.2010.0178 59ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 4 Електрофізичні властивості A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою 5. Hu C., Fang L., Su H., Liu L., Wu B. Effects of Sr substitution on microwave dielectric properties of Ba3LaNb3O12 ceramics. J. Alloys Compd. 2009. 487, № 1-2. P. 504–506. https://doi.org/10.1016/j.jallcom. 2009.07.175 6. Rawal R., Feteira A.M., Hyatt N.C., Sinclair D.C., Sarma K., N. M. Alford N.McN. Microwave dielectric properties of hexagonal 12R–Ba3LaNb3O12 ceramics. J. Am. Ceram. Soc. 2006. 89, № 1. P. 332–335. https:// doi.org/10.1111/j.1551-2916.2005.00664.x 7. Rawal R., McQueen A.J., Gillie L.J., Hyatt N.C., McCabe E.E., Samara K., Alford N.McN., Feteira A., Rea - ney I.M. , Sinclair D.C. Influence of octahedral tilting on the microwave dielectric properties of A3LaNb3O12 hexagonal perovskites (A Ba, Sr). Appl. Phys. Lett. 2009. 94. 192904. https://doi.org/10.1063/1.3129867 8. Антонов В.А., Арсеньєв П.А., Багдасаров Х.С., Евдокимов А.А., Копылова Е.К., Таджи-Ашлаев Х.Г. Синтез и некоторые свойства монокристаллов Ba3LaNb3O12. Неорган. матер. 1986. 22, № 3. С. 466—470. 9. Tabacaru C., Aguadero A., Sanz J., Chinelatto A.L., Thursfield A., Pérez-Coll D., Metcalfe I.S., Fernandez- Díaz M.T., Mather G.C. Protonic and electronic defects in the 12R-type hexagonal perovskite Sr3LaNb3O12. Solid State Ionics. 2013. 253. P. 239—246. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2013.10.031 10. Chinelatto A.L., Boulahya K., Pérez-Coll D., Amador U., Tabacaru C., Nicholls S., Hoelzel M., Sinclair D.C., Mather G.C. Synthesis of a 12R-type hexagonal perovskite solid solution Sr3NdNb3–xTixO12−δ and the influence of acceptor doping on electrical properties. Dalton Trans. 2015. 44, № 16. Р. 7643—7653. https:// doi.org/10.1039/C5DT00170F 11. Тітов Ю.О., Білявина Н.М., Марків В.Я., Слободяник М.С., Полубінський В.В. Кристалічна струк- тура Sr3LaNb3O12. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2012. № 8. C. 102—108. 12. Titov Y.A., Slobodyanik N.S., Polubinskii V.V., Chumak V.V. Mechanisms for the formation of layered A4B3O12 compounds from coprecipitated hydroxocarbonate and hydroxide systems. Theor. Exp. Chem. 2012. 47, № 6. P. 394—398. https://doi.org/10.1007/s11237-012-9233-2 13. Impedance spectroscopy: theory, experiment, and applications: Barsoukov E., Macdonald J.R. (Eds.). Ho- boken, New Jersey: John Wiley & Sons Inc., 2005. 616 p. 14. Boukamp B.A. A Nonlinear Least Squares Fit procedure for analysis of immittance data of electrochemical systems. Solid State Ionics. 1986. 20, № 1. P. 31—44. https://doi.org/10.1016/0167-2738(86)90031-7 15. V’yunov O.I., Kovalenko L.L., Belous A.G. The effect of isovalent substitution and dopants of 3d-metals on the properties of ferroelectrics-semiconductors. Condens. Matter Phys. 2003. 6, № 2. P. 213–220. https://doi. org/10.5488/CMP.6.2.213 Надійшло до редакції 27.12.2020 REFERENCES 1. Sebastian, M. T. (2008). Dielectric materials for wireless communication. Oxford: Elsevier. 2. Lichtenberg, F., Herrnberger, A., Wiedenmann, K. (2008). Synthesis, structural, magnetic and transport properties of layered perovskite-related titanates, niobates and tantalates of the type AnBnO3n+2, AAk–1BkO3k+1 and AmBm–1O3m. Prog. Solid State Chem., 36, No. 4, pp. 253-387. https://doi.org/10.1016/j. progsolidstchem.2008.10.001 3. Fang, L., Zhang, H., Yu, Q., Su, H., Wu, B. & Cui, X. (2009). Sr3LaNb3O12: A new low loss and temperature stable A4B3O12-type microwave dielectric ceramic. J. Am. Ceram. Soc., 92, No. 2, pp. 556-558. https://doi. org/10.1111/j.1551-2916.2008.02917.x 4. Fang, L., Li, C., Peng, X., Hu, C. & Wu, B. (2010). Two novel A4B3O12-type microwave ceramics with high-Q and nea-zero f. J. Mater. Res., 25, No. 7, pp. 1239-1242. https://doi.org/10.1557/JMR.2010.0178 5. Hu, C., Fang, L., Su, H., Liu, L. & Wu, B. (2009). Effects of Sr substitution on microwave dielectric pro- perties of Ba3LaNb3O12 ceramics. J. Alloys Compd., 487, No. 1-2, pp. 504-506. https://doi.org/10.1016/j. jallcom.2009.07.175 6. Rawal, R., Feteira, A. M., Hyatt, N. C., Sinclair, D. C., Sarma, K. & Alford, N. McN. (2006). Microwave dielectric properties of hexagonal 12R–Ba3LaNb3O12 ceramics. J. Am. Ceram. Soc., 89, No. 1, pp. 332-335. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2005.00664.x 7. Rawal, R., McQueen, A. J., Gillie, L. J., Hyatt, N. C., McCabe, E. E., Samara, K., Alford, N. McN., Feteira, A., Reaney, I. M. & Sinclair, D. C. (2009). Influence of octahedral tilting on the microwave dielectric pro- perties of A3LaNb3O12 hexagonal perovskites (A  Ba, Sr). Appl. Phys. Lett., 94, 192904. https://doi.org/ 10.1063/1.3129867 60 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 4 Ю.О. Тітов, М.С. Слободяник, Р.М. Кузьмін, В.В. Чумак 8. Antonov, V. А., Arsenev, P. А., Bagdasarov, H. S., Evdokimov, А. А., Kopylova, Е. K. & Tadgi-Ashlaev, H. G. (1986). Synthesis and some properties of single crystals Ba3LaNb3O12. Inorg. Mater., 22, No. 3, pp. 466-470 (in Russian). 9. Tabacaru, C., Aguadero, A., Sanz, J., Chinelatto, A. L., Thursfield, A., Pérez-Coll, D., Metcalfe, I. S., Fernandez- Díaz, M. T. & Mather, G. C. (2013). Protonic and electronic defects in the 12R-type hexagonal perovskite Sr3LaNb3O12. Solid State Ionics, 253, pp. 239-246. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2013.10.031 10. Chinelatto, A. L., Boulahya, K., Pérez-Coll, D., Amador, U., Tabacaru, C., Nicholls, S., Hoelzel, M., Sinclair, D. C., Mather, G. C. (2015). Synthesis of a 12R-type hexagonal perovskite solid solution Sr3NdNb3–xTixO12−δ and the influence of acceptor doping on electrical properties. Dalton Trans., 44, No. 16, pp. 7643-7653. https://doi.org/10.1039/C5DT00170F 11. Titov, Y. A., Belyavina, N. M., Markiv, V. Ya., Slobodyanik, M. S. & Polubinskii, V. V. (2012). Crystal struc- ture of Sr3LaNb3O12. Dopov. Naс. akad. nauk Ukr., No. 8, pp. 102-108 (in Ukrainian). 12. Titov, Y. A., Slobodyanik, N. S., Polubinskii, V. V. & Chumak, V. V. (2012). Mechanisms for the formation of layered A4B3O12 compounds from coprecipitated hydroxocarbonate and hydroxide systems. Theor. Exp. Chem., 47, No. 6, pp. 394-398. https://doi.org/10.1007/s11237-012-9233-2 13. Barsoukov, E. & Macdonald, J.R. (Eds.). (2005). Impedance spectroscopy: theory, experiment, and applications. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons Inc. 14. Boukamp, B. A. (1986). A Nonlinear Least Squares Fit procedure for analysis of immittance data of electro- chemical systems. Solid State Ionics, 20, No. 1, pp. 31-44. https://doi.org/10.1016/0167-2738(86)90031-7 15. V’yunov, O. I., Kovalenko, L. L. & Belous, A. G. (2003). The effect of isovalent substitution and dopants of 3d-metals on the properties of ferroelectrics-semiconductors. Condens. Matter Phys., 6, No. 2, pp. 213-220. https://doi.org/10.5488/CMP.6.2.213 Received 27.12.2020 Y.A. Titov 1, https://orcid.org/0000-0001-9900-3751 M.S. Slobodyanik 1, https://orcid.org/0000-0003-2684-9806 R.N. Kuzmin 1, https://orcid.org/0000-0003-4499-4468 V.V. Chumak 2, https://orcid.org/0000-0001-5892-3703 1 Taras Shevchenko National University of Kyiv 2 Zhytomyr Ivan Franko State University E-mail: tit@univ.kiev.ua ELECTROPHYSICAL PROPERTIES OF A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba) WITH SLAB PEROVSKITE-LIKE STRUCTURE High-stoichiometric polycrystalline samples of cation-deficient niobates A3 IILaNb3O12 (AII  Sr, Ba) with a three-slab perovskite-like structure were synthesized by the heat treatment of a charge of co-precipitated hydroxycarbonates. The electrophysical properties of ceramic samples made from them are investigated by the method of impedance spectroscopy. To simulate the impedance spectrum, the method of equivalent circuits represented by radio engineering elements was used. It allows one to isolate, in pure form, the properties of microcrystalline grains of a ceramics, that is, the substance under study itself, without the influence of the intercrystalline and electrode effects. The dependences of the complex impedance ( )Z  of these compounds on the frequency (0.1-106 Hz) of the probing sinusoidal electrical signal and temperature (300-700 K) have been established and analyzed. The temperature dependence of the d. c. electrical conductivity, temperature and frequency dependences of the real component of the dielectric constant , as well as the activation energies of the electrical conductivity of A3 IILaNb3O12 ceramic grains (AII  Sr, Ba) were determined. The possibility of using the synthesized materials for the manufacture of thermistors highly sensitive and resistant to aggressive operating conditions with a nonlinear characteristic and a wide range of operating temperature has been established. Keywords: An+1BnO3n+1-type compounds, slab perovskite-like structure, ceramics, impedance, electroconductivity, dielectric constant.

Електрофізичні властивості A₃ˡˡLaNb₃O₁₂(Aˡˡ = Sr,Ba) з шаруватою перовськітоподібною структурою

Репозитарії

Схожі ресурси