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.