close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16439

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.10.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 16439
(13) C1
(19)
C 04B 35/40
H 01L 41/187
(2006.01)
(2006.01)
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
(21) Номер заявки: a 20101881
(22) 2010.12.23
(43) 2012.08.30
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Троянчук Игорь Олегович;
Шаповалова Елена Федоровна;
Чобот Александра Николаевна;
Мантыцкая Ольга Станиславовна;
Терешко Нина Викторовна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(56) SHVARTSMAN V.V. et al. Appl. Phys.
Lett., 2007. - V. 90. - P. 172115.
US 2007/0029593 A1.
BY 12040 C1, 2009.
BY 12379 C1, 2009.
US 7737611 B2, 2010.
BY 16439 C1 2012.10.30
(57)
Пьезоэлектрический керамический материал на основе феррита висмута со структурой перовскита, отличающийся тем, что дополнительно содержит ионы лантана в соотношении, соответствующем химической формуле Bi1-xLaxFeO3, где 0,13 ≤ x ≤ 0,18.
Изобретение относится к области электроники, в частности к пьезоэлектрическим материалам на основе сложных оксидов со структурой перовскита, применяемым в высокотемпературных многофункциональных устройствах (преобразователи, датчики, системы
управления).
Известен пьезоэлектрический керамический оксидный материал, используемый для
преобразования электрических сигналов в механические колебания [1]. Этот материал
представляет собой сложный оксид со структурой перовскита, содержащий свинец (Рb) в
А-подрешетке и никель (Ni), алюминий (Al), ниобий (Nb), цирконий (Zr) и титан (Ti) в
В-подрешетке перовскитной структуры. Пьезоэлектрический керамический оксидный материал со структурой перовскита, описываемый в указанном источнике, позволяет путем
изменения состава задавать нужные свойства при использовании его в многофункциональных системах управления.
Недостатком этого пьезоэлектрического материала является сложный состав, содержащий токсичные компоненты (свинец), получение его представляет сложный технологический процесс и требует больших энергетических затрат (синтез при температуре выше
1200 °С).
Наиболее близким по существенным признакам к заявляемому техническому решению
является пьезоэлектрический керамический материал, представляющий сложный оксид со
структурой перовскита с общей химической формулой BiFeO3. Пьезоэлектрический эффективный коэффициент d33, измеренный при комнатной температуре, равен 50-60 pm/V [2].
BY 16439 C1 2012.10.30
К недостаткам указанного материала следует отнести недостаточно большую величину пьезоэлектрического коэффициента d33, получение его представляет сложный многоступенчатый технологический процесс, который необходим для получения однофазного
продукта, а также высокую пористость, ухудшающую механические свойства.
Задачей, решаемой данным изобретением, является разработка пьезоэлектрического
керамического материала на основе феррита висмута с большой величиной эффективного
пьезоэлектрического коэффициента d33 и упрощение технологии изготовления.
Поставленная задача решается тем, что пьезоэлектрический керамический материал на
основе феррита висмута со структурой перовскита дополнительно содержит ионы лантана в
соотношении, соответствующем химической формуле Bi1-xLaxFeO3, где 0,13 ≤ x ≤ 0,18.
На фигуре представлены результаты измерения при комнатной температуре эффективного пьезоэлектрического коэффициента d33 состава Bi0,84La0,16FeO3, синтезированного
при 950 °С в течение 10 часов (линейный пьезоэлектрический параметр d33 измерялся методом пьезосиловой микроскопии). В таблице представлены результаты измерения при
комнатной температуре эффективного пьезоэлектрического коэффициента d33 твердых
растворов с другим содержанием лантана, синтезированных при 950 °С в течение 10 часов.
Величина эффективного пьезоэлектрического коэффициента d33 состава Bi0,84La0,16FeO3
больше, чем для составов с другим содержанием лантана.
Сущность изобретения заключается в том, что в пьезоэлектрическом материале на основе феррита висмута при частичном замещении ионов висмута ионами лантана в результате размерного эффекта возникает морфотропная фазовая граница, где полярная фаза
переходит в антиполярную через двухфазное состояние. Это обеспечивает больший пьезоэлектрический эффект. Частичная замена ионов висмута лантаном в А-подрешетке перовскитной структуры позволяет получить пьезоэлектрический материал, проявляющий
пьезоэлектрический эффект при комнатной температуре с величиной эффективного пьезоэлектрического коэффициента d33 в 4 раза больше, чем в керамике феррита висмута [2].
Перечисленные особенности заявляемого пьезоэлектрического материала на основе
феррита висмута являются существенными отличиями по сравнению с прототипом, так
как их отсутствие не позволяет достичь поставленной цели - получить пьезоэлектрический материал с большой величиной эффективного пьезоэлектрического коэффициента
d33, с упрощенной технологией изготовления при снижении энергетических затрат.
Пример конкретного осуществления.
Твердые растворы состава Bi1-xLaxFeO3 (x = 0,12-0,18) были получены по обычной керамической технологии из простых оксидов и карбонатов, смешанных в стехиометрическом соотношении в планетарной мельнице PM-100 фирмы RETSCH. Спрессованные под
давлением 3 T/см2 таблетки помещались в разогретую печь и после синтеза при 950 °С в
течение 10 часов охлаждались со скоростью 500 °С/ч до комнатной температуры. Рентгеноструктурные исследования проведены на дифрактометре ДРОН-3M в Cu-Kα излучении.
Расчет кристаллической структуры выполнялся с помощью программы FullProf. Линейный пьезоэлектрический параметр d33 измерялся методом атомной силовой микроскопии
пьезоотклика. Расчет кристаллической структуры показал, что твердые растворы Bi1xLaxFeO3 при x ≤ 0,16 кристаллизуются в полярной пространственной группе R3c, тогда
как при x ≥ 0,17 образцы были двухфазными. Одна из фаз описывалась полярной ромбоэдрической пространственной группой R3c, а другая - антиполярной орторомбической
группой Pbam.
Анализ результатов показывает, что оптимальным является состав с x = 0,16, в котором достигается наибольшая величина эффективного пьезоэлектрического коэффициента
d33 при комнатной температуре. При отклонении содержания лантана от значения x = 0,16
наблюдалось уменьшение значения эффективного пьезоэлектрического коэффициента d33
(таблица).
2
BY 16439 C1 2012.10.30
Преимуществом заявляемого материала по сравнению с известным является более высокий эффективный пьезоэлектрический коэффициент, который в 4 раза больше, чем в
феррите висмута. Получение этого материала по обычной керамической технологии не
требует длительного времени и больших энергетических затрат.
Зависимость эффективного пьезоэлектрического коэффициента d33
от концентрации лантана в твердых растворах Вi1-xLaxFeO3
Состав,
x
d33,
pm/V
0,12
0,13
0,14
0,15
0,16
0,17
0,18
0,19
50
90
170
210
240
200
150
0
Источники информации:
1. Патент США 7,737,611, МПК H 01L 41/187, 2010.
2. Shvartsman, V.V., Kleeman W.; Haumont, R.; Kraisel, J. Large bulk polarization and regular domain structure in ceramic BiFeO3 Appl. Phys. - Lett. - 2007. - V. 90. - P. 172115.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
83 Кб
Теги
by16439, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа