Исследование физических свойств сегнетоэлектриков и родственных материалов

Бурханов Анвер Идрисович

Бурханов Анвер Идрисович

Руководитель научной школы, доктор физико-математических наук, доцент, зав. кафедрой «Физика».

Научная школа «Исследование физических свойств сегнетоэлектриков и родственных материалов» была основана в 1975 году профессором, д.ф.-м.н. Шильниковым Аркадием Владимировичем. В настоящее время в состав научной школы входит 10 исследователей, в том числе 5 молодых ученых (до 35 лет).

Актуальность исследований обусловлена, прежде всего тем, что в настоящее время сегнетоэлектрические и родственные им материалы на основе неупорядоченных сложных сегнетоэлектрических твердых растворов (СЭТР), полученных с применением различных технологий, находят все более широкое применение в различных областях техники (нелинейные конденсаторы большой емкости, высокоэффективные приемники и преобразователи электромагнитного излучения в видимой и инфракрасной части спектра, пьезоэлектрические преобразователи, энергонезависимые элементов памяти, сенсоры и др.).

В тоже время экспериментальных данных о происходящих процессах в средах, где различные фазовые состояния могут сосуществовать в очень широких интервалах температур, в настоящее время явно недостаточно для осуществления прогнозирования поведения макроскопических физических свойств такого рода объектов (рабочих ячеек) в различных условиях.

В качестве объектов исследования взят широкий ряд различных сегнетоэлектриков и родственных материалов.

Основной целью работы школы является экспериментальное исследование электрофизических свойств в области размытых фазовых переходов широкого ряда новых сегнетоэлектрических материалов при различной степени внешнего воздействия на исследуемые объекты.

Научная школа развивает следующие основные направления:

  • исследование механизмов поляризации и переполяризации сегнетоэлектрических керамик, пленок, монокристаллов в низко- и инфранизкочастотных полях;
  • экспериментальные исследования долговременных релаксационных процессов и связанных с ними эффектов последействия (эффектов памяти) в области размытых фазовых переходов в неупорядоченных сегнетоэлектриках-релаксорах;
  • изучение проявлений кинетики разрушения сегнето-пьезоэлектрических материалов в электрических и механических полях.

Основными задачами деятельности научной школы являются: решение фундаментальной проблемы о физической природе механизмов, определяющих поведение электрофизических свойств в области размытых фазовых переходов в сложных (многокомпонентных) сегнето- антисегнетоэлектрических твердых растворах.

Основными методами для решения поставленных задач являются - метод диэлектрической спектроскопии, метод термостимулированных токов, метод внутреннего трения на резонансном поглощении ультразвука и метод осесиметричного изгиба образцов сегнетопьезокерамики при измерении долговечности сегнетокерамических образцов.

Анализ диэлектрических спектров получаемых в высоко- низко- и инфранизкочастотных диапазонах.

Исследование механизмов поглощения звука в широкой температурной области, при различной предыстории монокристаллов- релаксоров: ниобата бария стронция Sr061Ba0.39Nb2O6 c наличием легирующей примеси хрома и без нее позволяют анализировать характер фазовых переходов в сегнетопьезоматериалах с различной степенью размытия фазового перехода.

Исследование методом осесиметричного изгиба образцов сегнетопьезокерамики и методом лазерного интерферометрического измерителя скорости деформации при исследовании ползучести сегнетопьезокерамики дают возможность анализа процессов кинетики в гетроструктурных материалах.

Таким образом, определение поведения переполяризационных характеристик различного типа сегнето-антисегнетоэлектриков в слабых, средних и сильных переменных и постоянных электрических полях при сопоставлении с тóковыми характеристиками материалов, а также сравнительный анализ с поведением внутреннего трения и характерными особенностями кинетики разрушения во внешнем электрическом поле позволяет выявить степень и физическую природу влияния различных дефектов на механизмы движения межфазных границ и их вклада в параметрические характеристики отклика сложных сегнетоэлектрических твердых растворов.

В рамках школы защищено 5 докторских диссертаций, 13 кандидатских диссертаций, подготовлено 2 монографии, опубликовано более 800 статей в ведущих периодических изданиях, в том числе более 500 в изданиях утвержденного перечня ВАК РФ.

Результаты научных разработок и предложения по их использованию:

  • исследование механизмов поляризации керамик, пленок, монокристаллов в низко- и инфранизкочастотных полях;
  • исследование долговременных релаксационных процессов и связанных с ними эффектов последействия (эффектов памяти);
  • исследование и теоретический анализ диэлектрических спектров фрактальных сред (моно- и поликристаллов и керамик) в условиях протекания нескольких процессов;
  • определение долговечности и изучение кинетики разрушения материалов в электрических и механических полях;
  • поиск оптимизации свойств материалов и изделий из них;
  • визуализация и моделирование протекающих процессов.

Реализация и внедрение результатов разработок, выполненных в рамках научной школы:

Полученные результаты по указанным направлениям отражены в 5 докторских диссертациях, защищенных сотрудниками кафедры: Шильниковым А.В., Донцовой Л.И., Бурхановым А.И., Жогой Л.В., Галияровой Н.М. по направлению «Физика конденсированного состояния» и заключаются в следующем:

  • Установлены общие закономерности проявления вклада обратимого движения доменных и фазовых границ в низко- и инфранизкочастотную начальную диэлектрическую проницаемость различных сегнетоэлектриков (Шильников А.В. Низко– и инфранизкочастотная диэлектрическая спектроскопия некоторых сегнетоэлектрических кристаллов и керамик - Изв. АН СССР. Сер. физ. 1987. Т.51. №10. С.1726–1735).
  • Обнаружены и интерпретированы эффекты диэлектрической памяти при долговременных процессах релаксации поляризации (Burkhanov A.I., Shilnikov A.V., Dimza V « Dielectric Memory Effects of (Mn, Fe, Co, Cu, Eu) Doped PLZT Ceramics» - Ferroelectrics. 1992. V.131. P.267-273. Бурханов А.И., Шильников А.В., Узаков Р.Э. «Влияние внешних воздействий на релаксационные явления в монокристалле Sr0.75Ba0.25Nb2O6» - Кристаллография. 1997. Т.42. №6.С.1069-1075).
  • Выявлены универсальные типы диэлектрического отклика фрактальных систем и на основе метода неравновесной термодинамики развит фрактально-синергетический подход к анализу процессов поляризации и сопутствующих явлений (Галиярова Н.М. Модели фрактального диэлектрического отклика сегнетоэлектриков с доменными и фазовыми границами // Изв. РАН. Сер. физич., 2004. Т. 68. № 7. С. 985–993; Galiyarova N.M. Fractal Dielectric Response of Multldomain Ferroelectrlcs from the Irreversible Thermodynamics Standpoint // Ferroelectrics,1999. V.222. P.381–383; Галиярова Н. М.
  • Установлено аномальное изменение скорости ползучести пьезосегнетокерамики при повышении механической нагрузки, обусловенное взаимодействием доменных границ и дислокаций (Авторы «Разрушение сегнетокерамики в электрическом и механическом по-лях» - ФТТ. 1992.Т.34.№8. С.2578-2583).
  • Разработаны и внедрены на заводе «Аврора» методы оптимизации свойств пьезокера-мических изделий и методы контроля качества материала на промежуточных стадиях тех-нологического процесса производства.

Состав научной школы

Ведущие ученые/руководитель научной школы:

1. Бурханов Анвер Идрисович — д.ф.-м.н., доц., зав. каф. «Физика»

2. Жога Лев Викторович — д.ф.-м.н., доц., проф. каф. «Физика»

3. Галиярова Нина Михайловна — д.ф.-м.н., доц., проф. каф. «Физика»

Члены научной школы

1. Лалетин Роман Алексеевич — к.ф.-м.н., доц., доц. каф. «Физика»

2. Сопит Андрей Вячеславович — к.ф.-м.н., доц., доц. каф. «Физика»

3. Ратина Наталья Владиславовна — ст. преп. каф. «Физика»

4. Гужаковская Кристина Петровна — к.ф.-м.н., уч. мастер каф. «Физика»

5. Шейкин Олег Павлович — аспирант ВолгГАСУ, каф. «Физика»

6. Семибратов Владислав Олегович — аспирант ВолгГАСУ , каф. «Физика»

Жарников Дмитрий Игоревич — аспирант ВолгГАСУ, каф. «Физика»

Перечень утвержденных ВАК докторских диссертаций, выполненных в рамках научной школы

Ф.И.О.

Тема диссертации

Год защиты

Место защиты

Научный консультант

1.

Шильников А.В.

Роль доменных границ в процессах низко- и инфранизкочастотной поляризации и переполяризации модельных сегнетоэлектриков

1 февраля 1989 г.

Институт физики АН Латвийской ССР

 

2.

Бурханов А.И.

Медленные процессы релаксации поляризации в неупорядоченных сегнетоэлектриках и родственных материалах

19 октября 2004 г.

Воронежский государственный технический университет

Шильников А.В.

3.

Жога Л.В.

Кинетика хрупкого разрушения материалов в электрических и механических полях

9 ноября 2005 г.

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Шильников А.В.

4.

Галиярова Н.М.

Диэлектрическая спектроскопия сегнетоэлектриков, фрактальность и механизмы движения доменных и межфазных границ

14 декабря 2006 г.

Воронежский государственный университет

 

5.

Донцова Л.И.

Доменная структура 180-ой переполяризации модельных сегнетоэлектьриков

2 декабря 1990 г.

Институт кристаллографии РАН, г. Москва

 

Перечень утвержденных ВАК кандидатских диссертаций, выполненных в рамках научной школы

Ф.И.О.

Тема диссертации

Год защиты

Место защиты

Научный руководитель

1.

Нестеров В.Н.

Динамика доменных и межфазных границ в сегнетоэлектрических твердых растворах на основе цирконата-титаната свинца (компьютерный анализ)

19 ноября 1997 г.

ВолгГАСА

Шильников А.В.

2.

Шишлов С.Ю.

Влияние дефектов радиационной природы на диэлектрическую релаксацию сегнетокерамики цирконата-титаната свинца, модифицированной лантаном, и скандониобата свинца в области низких и инфранизких частот

9 апреля 1999 г.

ВолгГАСА

Шильников А.В., Бурханов А.И.

3.

Узаков Р.Э.

Низко- и инфранизкочастотные диэлектрические свойства кристаллов-релаксоров семейства SBN

29 июня 2000 г.

ВолгГАСА

Шильников А.В., Бурханов А.И.

4.

Лалетин Р.А.

Низко- и инфранизкочастотные диэлектрические свойства тонких сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца

19 июня 2003 г.

ВолгГАСУ

Шильников А.В.

5.

Кудашев А.С.

Исследование особенностей диэлектрических и поляризационных свойств сегнетоэлектрических пленок ЦТС и ТБС

22 декабря 2004 г.

ВолгГАСУ

Шильников А.В., Бурханов А.И

6.

Сопит А.В.

Низко- и инфранизкочастотный диэлектрический отклик неупорядоченных сегнетокерамик скандониобата- и магнониобата свинца

12 мая 2006 г.

ВолгГАСУ

Бурханов А.И.

7.

Алпатов А.В.

Низко- и инфранизкочастотные диэлектрические свойства сегнетоэлектрических твердых растворов типа xPZN-(1-x)PSN и (1-x)Pb(Ti,Zr)O3-xBi(Sr,Ti)O3

18 декабря 2006 г.

ВолгГАСУ

Бурханов А.И.

8.

Пилипенко А.С.

Влияние легирования хромом на релаксационные процессы в монокристаллах SBN-61

23 июня 2009 г.

Воронежский государственный технический университет

Бурханов А.И

9.

Кочергин Ю.В.

Диэлектрические свойства Bi-содержащих слоистых сегнетоэлектриков

4 июня 2010 г.

Астраханский государственный университет

Бурханов А.И

10.

Бондаренко П.В.

Низко- и инфранизкочастотный диэлектрический отклик в твердых растворах на основе ниобата натрия и цирконата-титаната свинца

30 сентября 2011 г.

Астраханский государственный университет

Бурханов А.И