Electrical Physical Properties of Nanostructured Ferroelectrics in Pulsed Power Electric Fields

Abstract

Experimental studies of the electrical physical properties of nanostructured ferroelectrics based on barium- strontium titanate in pulsed power electric fields are described. A setup for carrying out such studies, providing application of voltage impulses with sub-microsecond front durations and amplitudes up to 20 kV to samples of ferroelectric ceramics has been elaborated. This setup enables maintenance of the assigned temperature of samples in the range from room temperature to 70 °C. It follows from carried investigations that nanostructured samples made by sintering of fine-grained barium -strontium titanates doped with zirconium powders having grain sizes order of tens of nanometers show bigger values of dielectric permittivity nonlinearity degree at impulse polarization than those made of powders with most of particle sizes greater than microns.

Описано експериментальні дослідження електрофізичних властивостей наноструктурованих сегнетоелектриків на основі титанату барію-стронцію в імпульсних потужних електричних полях. Розроблений стенд для проведення таких досліджень, що передбачає прикладення імпульсів напруги з субмікросекундними інтервалами фронтів та амплітудами до 20 кВ до зразків сегнетокераміки. Цей стенд дозволяє підтримувати задану температуру зразків у діапазоні від кімнатної температури до температури 70 °С. З проведених досліджень випливає, що наноструктуровані зразки, отримані шляхом спікання дрібнозернистих титанатів стронцію-барію, легованих цирконієвими порошками, розміром до десятків нанометрів, показують більші значення ступеня нелінійності діелектричної проникності при імпульсній поляризації, ніж ті, що зроблені з порошків з переважною кількістю частинок розміром більше мікронів.

Описаны экспериментальные исследования электрофизических свойств наноструктурированных сегнетоелектрикив на основе титаната бария-стронция в импульсных мощных электрических полях. Разработан стенд для проведения таких исследований, предусматривающий приложение импульсов напряжения с субмикросекундными длительностями фронтов и амплитудами до 20 кВ к образцам сегнетокерамики. Этот стенд позволяет поддерживать заданную температуру образцов в диапазоне от комнатной температуры до 70 °С. Из проведенных исследований следует, что наноструктурированные образцы, полученные путем спекания мелкозернистых титанатов стронция-бария, легированных циркониевыми порошками, размером до десятков нанометров, показывают большие значения степени нелинейности диэлектрической проницаемости при импульсной поляризации, чем те, что получены из порошков с подавляющим количеством частиц размером более микрон.