Поляриметрія, мікроскопія та вирощування кристалів лангбейнітів K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3, Rb2Cd2 (SO4) 3 і Tl2Cd2 (SO4) 3

отримати та проаналізувати фазову діаграму кристалів KCMS на основі термодинамічної теорії;

дослідити доменну структуру кристалів TCS та RCS при фазових переходах методом оптичної мікроскопії.

Об’єкт дослідження – фазові переходи в кристалах KCMS, TCS та RCS.

Предмет дослідження – оптико-фізичні властивості твердих розчинів KCMS та мікроскопія доменної структури монокристалів TCS і RCS в області фазових переходів.

Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети використовувалися такі методи дослідження:

метод вирощування кристалів з розплаву (Бріджмена і Чохральського) та з водного розчину, метод рентгено-фазового аналізу;

поляризаційно-оптичний метод дослідження двозаломлення;

метод оптичної мікроскопії для дослідження доменної структури.

ємнісний дилатометричний метод дослідження теплового розширення та ємнісний метод дослідження діелектричної проникливості;

Наукова новизна результатів, отриманих у дисертації, полягає в тому, що вперше:

вирощені монокристали твердих розчинів K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3 (0, 1  х  0, 9).

отримано фазову діаграму твердих розчинів KCMS за допомогою дослідження оптико-фізичних властивостей;

виявлено ізольовану точку ФП ІІ роду на лінії фазових переходів І роду на фазовій х, Т – діаграмі твердих розчинів KCMS;

існування ізольованої точки на х, Т – діаграмі монокристалів KCMS пояснено на основі термодинамічного потенціалу;

на основі дослідження доменної структури кристалів TCS та RCS виявлено тригональну фазу в кристалах RCS в області температур 130K<T<113K та показано, що сегнетоеластичні “заборонені домени” в кристалах TCS не відокремлені областями парафази.

Практичне значення одержаних результатів. Показано, що методами вирощування з розплаву отримуються якісні монокристали твердих розчинів KCMS з розмірами 25-30 мм i довжиною 15 – 20 мм. ; заміною катіонів Cd++ на Mn++ в твердих розчинах можна отримати кристали, що мають температури сегнетоеластичного фазового переходу в діапазоні температур 175К-432К, що є важливим для отримання сегнетоеластичних матеріалів з наперед заданими властивостями.

Особистий внесок здобувача в отриманні наукових результатів. Особистий внесок автора полягає в вирощуванні монокристалів KCMS, TCS та RCS, у підготовці зразків для досліджень, конструюванні установки для диференціального термічного аналізу, дилатометричної установки, проведенні експериментальних досліджень та обробці результатів. Автор безпосередньо приймав участь у теоретичному поясненні існування ізольованої точки на фазовій х, Т – діаграмі твердих розчинів, у інтерпретації та узагальненні експериментально отриманих результатів та в написанні, обговоренні й оформленні статей.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, представлених в роботі, доповідались і обговорювались на наукових семінарах Інституту фізичної оптики Міністерства освіти і науки України, 6-ому Японсько-СНД-Балтійському симпозіумі по сегнетоелектриках (JCBSF-6, 22-25 березня 1998р., м. Токіо, Японія), 9-ій Європейській конференції по сегнетоелектриках (EMF-9, 12-16 липня 1999р., м. Прага, Чеська республіка), 1-ій українській школі-семінарі з фізики сегнетоелектриків та споріднених матеріалів (Львів, Україна, 26-28 серпня 1999 р.), VI -ій Польсько – Українській конференції з фізики сегнетоелектриків (18-22 вересня 2000р., Краків, Польща), 10-ій Міжнародній конференції по сегнетоелектриках (3-7 вересня, 2001р., Мадрид, Іспанія).

Публiкацiї. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 12 наукових праць (5 статей у наукових вітчизняних і зарубіжних журналах та 7 тез доповідей у збірниках наукових конференцій), перелiк яких дається наприкiнцi автореферату.

Структура i об’єм дисертацiї. Дисертацiйна робота складається з вступу, розділу, присвяченому огляду літератури та постановці проблеми досліджень, трьох роздiлiв з викладом оригінальних результатів, висновкiв та списку цитованої лiтератури. Вона нараховує 120 сторiнок, в тому числi 58 рисунків, 5 таблиць та 110 бiблiографiчних назв.

 

 

У вступi обгрунтовано актуальнiсть теми, визначено мету та завдання роботи, її наукову i практичну цiннiсть, особистий внесок здобувача та апробацію результатів.

У першому роздiлі проаналізовано дані літературних джерел, на основі яких сформульовано основні завдання дослідження, описані особливості фізичних властивостей, кристалічної та доменної структури і методів вирощування монокристалів лангбейнітів.

У другому роздiлi представленi результати технологiчних дослiджень вирощування монокристалiв твердих розчинів лангбейнітів KCMS та методики проведення вимірювань температурних залежностей двозаломлення, діелектричної проникливості, теплового розширення та спостереження доменної структури.

Перед вирощуванням кристалів з розплаву проведено попередні роботи:

синтез сировини;

визначення температур плавлення;

побудова фазової діаграми;

вибір устаткування і умов для росту.

Температури плавлення і кристалізації визначались за кривими диференціального термічного аналізу (ДТА) в процесі нагрівання i охолодження, відповідно. Швидкість зміни температури при нагріванні i при охолодженні становила 10K/хв. Для проведення ДТА і вирощування монокристалiв лангбейнiтiв всіх типів методом Чохральського використовувались корундiзовi тиглі.

Вирощування монокристалiв лангбейнiтiв методом Чохральського проводилось на модернізованій ростовій установці «Редмет-8». Модернізація полягала у встановленні додаткових редукторів для зниження швидкості витягування кристалу до рівня 0, 5-2, 0 мм/год i використанні електронного програматора для забезпечення контрольованої зміни температури за заданою програмою в широких межах (100-1100оС). З досвіду вирощування монокристалiв K2Cd2 (SO4) 3 (KCS) лангбейнiту методом Чохральського зроблено висновок про, практично, нульову ймовiрнiсть утворення KCS лангбейнiту за перитектичною реакцією. В атмосфері повітря, для успішного вирощування монокристалу KCS – лангбейнiту, необхідно додавати в розплав 2-3 мол. % К2SO4. Однак iншi умови вирощування за перитевктичною реакцією (фактично з розплав-розчину) не виконуються:

швидкість витягування KCS лангбейнiту складала 0, 5-1, 0 мм/год, залежно від діаметру, а це на порядок більше від швидкості витягування, що застосовуються при вирощуванні на затравку з розплав-розчину (за