Электрофизические и релаксационные эффекты, возникающие при формировании новых фаз в нанокристаллическом диоксиде циркония при высоких давлениях

Электрофизические и релаксационные эффекты, возникающие при формировании новых фаз в нанокристаллическом диоксиде циркония при высоких давлениях

В работе исследовано электросопротивление образцов стабилизированного диоксида циркония различной дисперсности от 10 до 500 нм в условиях давлений 20—50 ГПа и диапазона температур 77—400 К. Установлено существование структурных изменений, реализуемых при обработке давлением в интервалах 30—37 ГПа и...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2011
Автори: Трефилова, А.Н., Бабушкин, А.Н.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2011
Назва видання:Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74483
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:Электрофизические и релаксационные эффекты, возникающие при формировании новых фаз в нанокристаллическом диоксиде циркония при высоких давлениях / А.Н. Трефилова, А.Н. Бабушкин // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 2. — С. 467-472. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-74483
record_format dspace
spelling irk-123456789-744832015-01-22T03:02:16Z Электрофизические и релаксационные эффекты, возникающие при формировании новых фаз в нанокристаллическом диоксиде циркония при высоких давлениях Трефилова, А.Н. Бабушкин, А.Н. В работе исследовано электросопротивление образцов стабилизированного диоксида циркония различной дисперсности от 10 до 500 нм в условиях давлений 20—50 ГПа и диапазона температур 77—400 К. Установлено существование структурных изменений, реализуемых при обработке давлением в интервалах 30—37 ГПа и 40—44 ГПа. Обнаружена зависимость давления перехода в высокопроводящее состояние от размеров кристаллитов. Исследованы электрофизические и релаксационные эффекты, возникающие при формировании новых кристаллических фаз. В роботі досліджено електроопір зразків стабілізованого діоксиду цирконію різної дисперсности від 10 до 500 нм в умовах тиску 20—50 ГПа та діяпазону температур 77—400 К. Встановлено наявність структурних змін, що реалізуються при обробленні тиском в інтервалах 30—37 ГПа і 40—44 ГПа. Виявлено залежність тиску переходу у високопровідний стан від розміру кристалітів. Досліджено електрофізичні та релаксаційні ефекти, які виникають при формуванні нових кристалічних фаз. Electrical resistance of stabilized zirconium dioxide with dispersity from 10 to 500 nm is investigated within the pressure and temperature ranges between 20 and 50 GPa and 77 and 400 K, respectively. Presence of structural changes under pressure treatment within the pressure ranges of 30—37 GPa and 40—44 GPa is revealed. Dependence of the pressure of transition into high-conductive state on crystallites size is discovered. Electrophysical and relaxation effects, which arise during formation of new crystalline phases, are studied. 2011 Article Электрофизические и релаксационные эффекты, возникающие при формировании новых фаз в нанокристаллическом диоксиде циркония при высоких давлениях / А.Н. Трефилова, А.Н. Бабушкин // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 2. — С. 467-472. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 72.15.Eb, 72.15.Lh, 72.80.Tm, 73.63.Bd, 81.07.Wx, 81.40.Rs, 81.40.Vw http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74483 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description В работе исследовано электросопротивление образцов стабилизированного диоксида циркония различной дисперсности от 10 до 500 нм в условиях давлений 20—50 ГПа и диапазона температур 77—400 К. Установлено существование структурных изменений, реализуемых при обработке давлением в интервалах 30—37 ГПа и 40—44 ГПа. Обнаружена зависимость давления перехода в высокопроводящее состояние от размеров кристаллитов. Исследованы электрофизические и релаксационные эффекты, возникающие при формировании новых кристаллических фаз.
format Article
author Трефилова, А.Н.
Бабушкин, А.Н.
spellingShingle Трефилова, А.Н.
Бабушкин, А.Н.
Электрофизические и релаксационные эффекты, возникающие при формировании новых фаз в нанокристаллическом диоксиде циркония при высоких давлениях
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet Трефилова, А.Н.
Бабушкин, А.Н.
author_sort Трефилова, А.Н.
title Электрофизические и релаксационные эффекты, возникающие при формировании новых фаз в нанокристаллическом диоксиде циркония при высоких давлениях
title_short Электрофизические и релаксационные эффекты, возникающие при формировании новых фаз в нанокристаллическом диоксиде циркония при высоких давлениях
title_full Электрофизические и релаксационные эффекты, возникающие при формировании новых фаз в нанокристаллическом диоксиде циркония при высоких давлениях
title_fullStr Электрофизические и релаксационные эффекты, возникающие при формировании новых фаз в нанокристаллическом диоксиде циркония при высоких давлениях
title_full_unstemmed Электрофизические и релаксационные эффекты, возникающие при формировании новых фаз в нанокристаллическом диоксиде циркония при высоких давлениях
title_sort электрофизические и релаксационные эффекты, возникающие при формировании новых фаз в нанокристаллическом диоксиде циркония при высоких давлениях
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate 2011
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74483
citation_txt Электрофизические и релаксационные эффекты, возникающие при формировании новых фаз в нанокристаллическом диоксиде циркония при высоких давлениях / А.Н. Трефилова, А.Н. Бабушкин // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 2. — С. 467-472. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv AT trefilovaan élektrofizičeskieirelaksacionnyeéffektyvoznikaûŝiepriformirovaniinovyhfazvnanokristalličeskomdioksidecirkoniâprivysokihdavleniâh
AT babuškinan élektrofizičeskieirelaksacionnyeéffektyvoznikaûŝiepriformirovaniinovyhfazvnanokristalličeskomdioksidecirkoniâprivysokihdavleniâh
first_indexed 2025-07-05T22:55:24Z
last_indexed 2025-07-05T22:55:24Z
_version_ 1836849430084452352
fulltext 467 PACS numbers:72.15.Eb, 72.15.Lh,72.80.Tm,73.63.Bd,81.07.Wx,81.40.Rs, 81.40.Vw Электрофизические и релаксационные эффекты, возникающие при формировании новых фаз в нанокристаллическом диоксиде циркония при высоких давлениях А. Н. Трефилова, А. Н. Бабушкин Уральский государственный университет им. А. М. Горького просп. Ленина, 51, 620083 Екатеринбург, Российская Федерация В работе исследовано электросопротивление образцов стабилизированно- го диоксида циркония различной дисперсности от 10 до 500 нм в условиях давлений 20—50 ГПа и диапазона температур 77—400 К. Установлено су- ществование структурных изменений, реализуемых при обработке давле- нием в интервалах 30—37 ГПа и 40—44 ГПа. Обнаружена зависимость дав- ления перехода в высокопроводящее состояние от размеров кристалли- тов. Исследованы электрофизические и релаксационные эффекты, возни- кающие при формировании новых кристаллических фаз. В роботі досліджено електроопір зразків стабілізованого діоксиду цирко- нію різної дисперсности від 10 до 500 нм в умовах тиску 20—50 ГПа та дія- пазону температур 77—400 К. Встановлено наявність структурних змін, що реалізуються при обробленні тиском в інтервалах 30—37 ГПа і 40—44 ГПа. Виявлено залежність тиску переходу у високопровідний стан від ро- зміру кристалітів. Досліджено електрофізичні та релаксаційні ефекти, які виникають при формуванні нових кристалічних фаз. Electrical resistance of stabilized zirconium dioxide with dispersity from 10 to 500 nm is investigated within the pressure and temperature ranges be- tween 20 and 50 GPa and 77 and 400 K, respectively. Presence of structural changes under pressure treatment within the pressure ranges of 30—37 GPa and 40—44 GPa is revealed. Dependence of the pressure of transition into high-conductive state on crystallites size is discovered. Electrophysical and relaxation effects, which arise during formation of new crystalline phases, are studied. Ключевые слова: диоксид циркония, релаксационные эффекты, фазо- вые переходы, нанокристаллические материалы. (Получено 18 ноября 2010 г.) Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2011, т. 9, № 2, сс. 467—472 © 2011 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 468 А. Н. ТРЕФИЛОВА, А. Н. БАБУШКИН 1. ВВЕДЕНИЕ Применение наноразмерных порошков как исходного сырья откры- вает перспективы для промышленного производства новых керами- ческих материалов. Причиной ограниченного использования нано- размерных порошков, может служить недостаток научных пред- ставлений об их поведении в условиях высоких давлений и темпера- турного воздействия. Сведения о корреляции размеров частиц с величинами давлений структурных превращений, энергии активации проводимости имеют принципиальную важность для совершенствования технологиче- ских процессов компактирования наноструктурных порошков в условиях неоднородных механических напряжений. В работе изучено влияние термобарических условий на формиро- вание новых кристаллических фаз в наноразмерных порошках ди- оксида циркония с различными типами стабилизирующих добавок. Установлению существования структурных изменений, реализу- емых при обработке давлениями в диапазоне 20—50 ГПа. 2. МЕТОДИКА И ОБРАЗЦЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Измерения выполнены на порошковых образцах ZrO2. Поликри- сталлические образцы диоксида циркония, стабилизированные ит- трием (5 мол.% Y2O3). Нанокристаллические порошки, стабилизи- рованные празеодимом (0,5 мол.% Pr). Для создания высоких давлений использовали камеры с наковаль- нями из искусственных алмазов «карбонадо» типа «закругленный конус—плоскость», позволяющие измерять электросопротивление об- разцов, помещенных между ними, в диапазоне температур 77—450 К [1, 2, 3]. Для нагружения камеры высокого давления использовали низ- котемпературный пресс, обеспечивающий возможность изменения давления при любой температуре образца в интервале 4,2—400 К. 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА При повышении давления в интервале 30—37 ГПа сопротивление всех образцов уменьшается на 3—4 порядка [4]. Этот интервал дав- лений соответствует известному фазовому переходу в орторомбиче- скую фазу ort.III [5]. Для нанокристаллических образцов на бари- ческих зависимостях сопротивления можно отметить максимумы при давлениях 40, 45 и 48 ГПа для 54, 12 и 10 нм соответственно. Кроме того, в данных образцах при 44—48 ГПа также имели место максимумы энергий активации проводимости, как при вводе, так и ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ В ZrO2 469 при выводе давления. При уменьшении размеров кристаллитов от 500 до 12 нм давление перехода в высокопроводящее состояние понижается, однако при уменьшении кристаллитов до 10 нм резко возрастает (рис. 1). Сни- жение давления перехода при уменьшении размеров кристаллита в Рис. 1. Зависимость давлений переходов в высокопроводящее состояние от отношения площади поверхности к объему кристаллитов при температуре 290 К. Точки переходов взяты по давлениям, соответствующим половине высоты скачка сопротивления. а б Рис. 2. Зависимости сопротивления от времени для образцов ZrO2 c разме- рами кристаллитов 12 нм при повышении давления. 470 А. Н. ТРЕФИЛОВА, А. Н. БАБУШКИН диапазоне 500—12 нм можно объяснить ростом вклада поверхностно- го натяжения в эффективное давление в кристалле. Резкое измене- ние характера поведения при уменьшении размеров кристаллитов до 10 нм может быть связано с переходом отдельного кристаллита в но- вое неоднородное состояние [7]. Известно, что свойства материала при обработке давлением зави- сят от времени обработки. Поэтому нами исследовано влияние вре- мени обработки давлением на изменения электрического сопротив- ления диоксида циркония. Показано, что время установления рав- новесных значений составляет сотни секунд. Зависимости электрического сопротивления от времени наиболее точно описываются экспоненциальными функциями типа max min min ( ) ( ) exp( / )R t R R t R= − − τ + при давлениях до 42—45 ГПа и mix max max ( ) ( ) exp( / )R t R R t R= − − τ + при давлениях выше 45 ГПа [7]. В области давлений 42—45 ГПа при комнатной температуре для всех образцов наблюдается изменение знака экспоненциального ко- эффициента аппроксимирующей функции (рис. 2, 3). Для образца 12 нм при 37 ГПа при нагружении и 35 ГПа при сня- а б Рис. 3. Зависимости сопротивления от времени для образца ZrO2 c разме- рами кристаллитов 12 нм при снижении давления. ЭЛЕ тии давл времен р известно 45 ГПа п максиму Выпол номерно Рис. 4. Б образца Z давления Рис. 5. Ба разцов Zr ЕКТРОФИЗИ ления набл релаксации ому фазово при вводе и умы характ лненные э ости увели Барические ZrO2 с разме я. арические з rO2 с размера ИЧЕСКИЕ И Р людается з и электросо ому переход и 44 ГПа пр терных вре ксперимен ичения хар зависимост ерами крист зависимости ами кристал РЕЛАКСАЦИ значительн опротивлен ду в ортор ри снятии д емен релак нтальные и рактерных ти характе таллитов 12 и характерн ллитов 10и ИОННЫЕ ЭФ ное увелич ния (рис. 4 омбическу давления та сации сопр исследован х времен р рного врем нм при пов ного времени 12 нм и для ФФЕКТЫ В Z чение хара ), что соотв ую фазу ort ак же набл ротивления ния выяви релаксаци ени релакс вышении и с и релаксаци ямассивного ZrO2 471 актерных ветствует t.III. При людаются я. или зако- ии сопро- сации для снижении ии для об- о образца. 472 А. Н. ТРЕФИЛОВА, А. Н. БАБУШКИН тивления при приближении к точке фазового перехода. Обнаруже- но, что для различных размеров образцов значения величины ха- рактерных времен релаксации значительно отличаются, чем мень- ше размер кристаллита, тем больше время релаксации (рис. 5). Выполненные исследования электрофизических характеристик позволяют утверждать о наличии в диоксиде циркония фазовых переходов при давлениях 42—45 ГПа при комнатной температуре. Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно- педагогические кадры инновационной России» на 2009—2013 годы. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. L. F. Verechagin, E. N. Yakovlev, G. N. Stepanov et al., JETF Lett., 16: 3 (1972). 2. A. N. Babushkin, High Pressure Research, 6: 349 (1992). 3. A. N. Babushkin, Y. A. Kandrina, O. L. Kobeleva, S. N. Schkerin, and Y. Y. Volkova, Frontiers of High Pressure Research II: Application of High Pressure to Low-Dimensional Novel Electronic Materials (Eds. H. D. Hochheimer, B. Kuchta, P. K. Dorhout, and J. L. Yarger) (Dordrecht—New York—London: Kluwer Academic Publ.: 2001). 4. A. N. Trefilova, I. V. Korionov, A. N. Babushkin, W. Lojkowski, and A. Opalinska, Mater. Sci., 23, No. 1: 247 (2005). 5. J. M. Leger, P. E. Tomaszewski, A. Atouf, and A. S. Pereira, Phys. Rev. B, 47: 14075 (1993). 6. I. V. Korionov, A. N. Trefilova, A. N. Babushkin, W. Lojkowski, and A. Opalinska, Materials Science-Poland, 22, No. 3: 241 (2004). 7. В. Е. Панин, В. Е. Егорушкин, Физическая мезомеханика, 12: 7 (2009).

Схожі ресурси