ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВАРИАЦИИ ФАЗОВОГО СОСТАВА НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КЕРАМИК CaTiO₃ ДОПИРОВАННЫХ Y₂O₃

Изучение взаимосвязи влияния вариации фазового состава на диэлектрические характеристики сегнетоэлектрических керамик является одним из наиболее важных фундаментальных вопросов, ответ на который позволит определить потенциал применения сегнетоэлектриков в микроэлектронных приложениях и создании альтернативных источников энергии (твердооксидных топливных элементов). Целью данного исследования является изучение влияния допанта Y₂O₃ на процессы фазообразования и свойства синтезированных сегнетоэлектрических керамик титаната кальция, а также установление взаимосвязи влияния формирования примесных фаз на изменение диэлектрических свойств керамик. Согласно данным рентгенофазового анализа установлено, что добавление Y₂O₃ с концентрацией выше 0,15 моль приводит к формированию в структуре керамик орторомбической фазы CaY₂O₄, весовой вклад которой увеличивается при увеличении концентрации допанта. Анализ зависимости удельной электропроводности (σ_DC) при вариации концентрации допанта показал, что максимальное значение σ_DC достигается при концентрациях допанта 0,05 моль, приводящей к структурному упорядочению, обусловленному эффектом добавления оксида иттрия выступающим в качестве стабилизатора, а также формированием в структуре примесной донорной проводимости. При этом установленные зависимости изменения диэлектрических характеристик имеет хорошее согласие с изменением фазового состава, а увеличение концентрации носителей заряда, обусловленное внедрением донорной примеси в виде Y³⁺ приводит к возникновению объемно-зарядной поляризации в керамики.

1. Karban O. V. et al. Effect of ultrasonic vibration on the structure and composition of the interface regions in Ва– W–Ti–O ceramics // Ceramics International. – 2013. – Vol. 39. – No. 1. – P. 497–502.

2. Li Z. et al. Sodium lithium niobate lead-free piezoceramics for high-power applications: Fundamental, progress, and perspective // Journal of Advanced Ceramics. – 2023. – Vol. 12. – No. 1. – P. 1–23.

3. Semenov A. et al. Mn-doped BaTiO3 ceramics: Thermal and electrical properties for multicaloric applications // Materials. – 2019. – Vol. 12. – No. 21. – P. 3592.

4. Ji Q. et al. The role of oxygen vacancies of ABO3 perovskite oxides in the oxygen reduction reaction // Energy & Environmental Science. – 2020. – Vol. 13. – No. 5. – P. 1408–1428.

5. Sando D. Strain and orientation engineering in ABO3 perovskite oxide thin films // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2022. – Vol. 34. – No. 15. – P. 153001.

6. Xu P. et al. Search for ABO3 type ferroelectric perovskites with targeted multi-properties by machine learning strategies // Journal of chemical information and modeling. – 2021. – Vol. 62. – No. 21. – P. 5038–5049.

7. Peña M. A., Fierro J. L. G. Chemical structures and performance of perovskite oxides //Chemical reviews. – 2001. – Vol. 101. – No. 7. – P. 1981–2018.

8. Athayde D. D. et al. Review of perovskite ceramic synthesis and membrane preparation methods // Ceramics International. – 2016. – Vol. 42. – No. 6. – P. 6555–6571.

9. Ye X. et al. Emergent physical properties of perovskitetype oxides prepared under high pressure // Dalton Transactions. – 2022. – Vol. 51. – No. 5. – P. 1745–1753.

10. De Souza R. A. Transport properties of dislocations in SrTiO3 and other perovskites // Current Opinion in Solid State and Materials Science. – 2021. – Vol. 25. – No. 4. – P. 100923.

11. Vailionis A. et al. Misfit strain accommodation in epitaxial ABO3 perovskites: Lattice rotations and lattice modulations // Physical Review B. – 2011. – Vol. 83. – No. 6. – P. 064101.

12. Ge W. et al. Lead-free and lead-based ABO3 perovskite relaxors with mixed-valence A-site and B-site disorder: Comparative neutron scattering structural study of (Na1/2Bi1/2)TiO3 and Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 // Physical Review B. – 2013. – Vol. 88. – No. 17. – P. 174115.

13. Karakozov B. K. et al. Study of phase transformation dynamics, structural and optical properties of ferroelectric SrTiO3 ceramics // Optical Materials. – 2021. – Vol. 121. – P. 111625.

14. Karakozov B. K. et al. Solid-phase synthesis and study of the structural, optical, and photocatalytic properties of the ATiO3, A= Ca, Sr, Ba ceramic // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. – 2021. – Vol. 32. – No. 19. – P. 24436–24445.

15. Zdorovets M. V. et al. Synthesis, Properties and Photocatalytic Activity of CaTiO3-Based Ceramics Doped with Lanthanum // Nanomaterials. – 2022. – Vol. 12. – No. 13. – P. 2241.

16. Zhao M., Pan W. Effect of lattice defects on thermal conductivity of Ti-doped, Y2O3-stabilized ZrO2 // Acta materialia. – 2013. – Vol. 61. – No. 14. – P. 5496–5503.

17. Guo H. et al. Cold sintering process for 8 mol% Y2O3stabilized ZrO2 ceramics // Journal of the European Ceramic Society. – 2017. – Vol. 37. – No. 5. – P. 2303–2308.

18. Bovtun V. et al. Structure of the dielectric spectrum of relaxor ferroelectrics // Journal of the European Ceramic Society. – 2001. – Vol. 21. – No. 10–11. – P. 1307–1311.

19. Yoon M. S., Ur S. C. Effects of A-site Ca and B-site Zr substitution on dielectric properties and microstructure in tin-doped BaTiO3–CaTiO3 composites // Ceramics International. – 2008. – Vol. 34. – No. 8. – P. 1941–1948.

20. Zaman A. et al. Effect of Zr4+ on the structural and microwave dielectric properties of CaTiO3 ceramics // Ferroelectrics. – 2021. – Vol. 577. – No. 1. – P. 143–152.

21. Neirman S., Burn I. Dielectric properties of polycrystalline CaTiO3 doped with yttrium oxide // Journal of materials science. – 1984. – Vol. 19. – P. 737–744.

22. Kotnala R. K. et al. Investigation of structural, dielectric, and magnetic properties of hard and soft mixed ferrite composites // Journal of Applied Physics. – 2012. – Vol. 112. – No. 5. – P. 1-10.

23. Gurevich V. L., Tagantsev A. K. Intrinsic dielectric loss in crystals // Advances in Physics. – 1991. – Vol. 40. – No. 6. – P. 719–767.

24. Macdonald, J. Ross; Barsoukov E., eds. Impedance spectroscopy: theory, experiment, and applications. // John Wiley & Sons. 2018. – P. 1–100.

25. Ferreira V. M. et al. DiC12: Magnesium titanate microwave dielectric ceramics //Ferroelectrics. – 1992. – Vol. 133. – No. 1. – P. 127–132.