Титанат калия, модифицированный ионами Fe3+ и соответствующий стехиометрии K1.6Fe1.6Ti6.4O16

(KFTO), получен методом полимерных комплексов прекурсоров (метод Печини). Фазовый состав, распределение

частиц по размеру и морфология образцов полученных материалов были охарактеризованы методами

рентгенофазового анализа (РФА), дифракции лазерного излучения и СЭМ. Рентгенофазовый анализ показывает

однофазное образование титаната калия с тетрагональной структурой голландита. Для уточнения параметров

кристаллической решетки использован метод Ритвельда. Параметры решетки составляют: a = b = 10,151 Å

и c = 2,9659 Å. Результаты СЭМ и дифракции лазерного излучения показали, что частицы исследуемого

нанопорошка имеют кубическую форму и средний размер 400 нм. Диэлектрические свойства в диапазоне частот

0,1 Гц до 1,0 МГц исследованы для керамических дисков, полученных методом спекания, спрессованного нанопорошка при 1080 °C. Установлено, что керамика на основе твердых растворов KFTO обладает высокой

диэлектрической проницаемостью и низкими диэлектрическими потерями и характеризуется повышенной

поляризуемостью структуры. Высокая поляризуемость материала объясняется относительно высокой

подвижностью ионов K+ в туннеле рассматриваемой структуры голландита, сопровождающейся перераспре-

делением электронов в кристаллической решетке. Приведено обсуждение вклада различных процессов

в диэлектрическую проницаемость.

Полититаны калия - новый перспективный тип сегнетоэлектрических керамических материалов с высокой ионной проводимостью, высокополяризуемой структурой и чрезвычайно высокой диэлектрической проницаемостью. Его структура состоит из октаэдрических звеньев [TiO₆] и слоев с подвижными ионами калия и гидроксония между ними. Обработка в растворах, содержащих ионы никеля, позволяет формировать гетероструктурные материалы, состоящие из частиц полититана калия, интеркалированных ионами Ni²⁺ и/или декорированных оксидами никеля NiO_x. Этот путь модификации полностью зависит от pH раствора, т.е. в кислых растворах преобладает процесс интеркаляции, в щелочных растворах полититанат калия преимущественно декорируется оксидами. Следовательно, электронная структура и электрические свойства могут регулироваться в зависимости от от условий модификации, pH и концентрации ионов. Здесь представлены данные по электрическим свойствам титаната калия, модифицированного в растворах сульфата никеля при различных значениях pH.

Здесь представлены данные по энергетическим характеристикам запрещенной зоны композитных наночастиц, полученных модификацией аморфного полититаната калия в водных растворах различных солей переходных металлов. Характеристики запрещенной зоны исследованы по спектрам диффузного отражения полученных порошков. Рассчитанная логарифмическая производная функции Кубелки–Мунка выявила наличие локальных максимумов в областях 0,5–1,5 эВ и 1,6–3,0 эВ, соответствующих значениям запрещенной зоны исследуемых материалов. Значения могут быть связаны с составляющими составных наночастиц и промежуточными продуктами их химического взаимодействия.

Управление диэлектрическими свойствами путем солегирования элементов является важной исследовательской задачей для применения керамики на основе CaCu₃Ti₄O₁₂ (CCTO) в качестве компонента электронных устройств. В данной работе исследовано влияние совместного легирования La³⁺, Ni²⁺ и Sn⁴⁺ на диэлектрические свойства керамики CCTO, в том числе на ее термическую стабильность. Твердые растворы составов Ca_1-xLa_2x/3Cu_2,95Ni_0,05Ti_3,7Sn_0,3O₁₂ (x = 0,010–0,055), Ca_0,94La_0,027Cu_{3 -y}Ni_yTi_3,7Sn_0,3O₁₂ (y = 0,020–0,065), Ca_0,94La_0,027Cu_{2 .95}Ni_0,05Ti_4-zSn_zO₁₂ (z = 0,25–0,4) синтезированы твердотельным методом при 970 °C. Внедрение легирующих элементов в структуру керамики после спекания при 1080 °C подтверждено данными рентгеноструктурного анализа. Морфологию зерен и размер различных твердых растворов оценивали по фотографиям сканирующей электронной микроскопии. Оптимальные концентрации легирующих элементов составили x = 0,04, y = 0,05 и z = 0,3, о чем свидетельствуют высокая диэлектрическая проницаемость ε′ = 11 000 и низкие диэлектрические потери tanδ = 0,051 при ƒ = 1 кГц. Солегированная керамика CCTO La3+, Ni2+ и Sn4+ продемонстрировала высокую стабильность диэлектрической проницаемости в диапазоне температур от 60 до +125 °C. На основании продемонстрированных диэлектрических свойств представленные твердые растворы пригодны для использования в керамических конденсатор.

Модифицированным золь-гель методом успешно синтезированы твердые растворы химического состава K_xFe_yTi_8-yO₁₆ (KFTO) и голландитоподобной структуры. Полученные порошки были охарактеризованы с помощью рентгеновской дифракции (РФА) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Керамические таблетки на основе порошков КФТО получали прессованием и спеканием при температуре 1080 °C в течение 4 часов.

Агломераты охарактеризованы методами рентгеновской и импедансной спектроскопии. Результаты РФА показывают, что порошки КФТО имеют монофазную тетрагональную структуру при x = 1,4–1,8 и y = 1,4–1,6. Однако было признано, что голландитоподобная фаза может разрушаться в процессе спекания с образованием кристаллов TiO₂ и Fe₂TiO₅ , распределенных по всему объему керамики. Методом импедансной спектроскопии исследована частотная зависимость диэлектрических свойств агломератов. Установлено, что увеличение содержания фазы TiO₂ (рутила) в процессе спекания способствует уменьшению диэлектрических потерь. В то же время керамика КФТО с пониженным содержанием калия имела повышенную диэлектрическую проницаемость. С помощью уравнения Гавриляка–Негами оценен вклад электронно-закрепленных дефектных диполей (EPDD) и емкости внутреннего барьерного слоя (IBLC) в диэлектрическую проницаемость полученной керамики. Показано , что керамика КФТО обладает полидисперсной характеристикой диэлектрической релаксации. Наблюдаемые времена дипольной релаксации зерен и границ зерен составляли от 1,03 × 10–6 до 5,51 × 10–6 с и от 0,197 до 0,687 с соответственно.

В настоящем докладе основное внимание уделяется созданию некоторых новых видов электрокерамики на основе синтеза слоистых наночастиц полититаната калия с последующей химической обработкой этих частиц в водных растворах, содержащих ионы переходных металлов (Meⁿ⁺ ), и термической обработки полученных аморфных материалов-прекурсоров на температуры, которые позволяют получить конечный керамический материал с желаемыми функциональными свойствами. Показано, что конечная керамика состоит из MeTiO₃, холландитоподобных кристаллов K(Ti,Me)₈O_16,5 и некоторых примесей Me или Me_xO_y и K₂Ti₆O₁₃, в зависимости от химического состава порошкообразного прекурсора. Установлено, что керамические материалы, полученные в исследованной системе, характеризуются нелинейными электрическими свойствами, которые можно регулировать типом материала-прекурсора и его химическим составом

Стеклование в системе K₂O-BaO-B₂O₃-Al₂O₃-TiO₂, содержащей (моль%): K₂O (0-28), BaO (0-28), B₂O₃ (5-24), Al₂O₃ (7-25) и TiO₂ (33-60) исследовали плавлением при 1450°С в течение 2 часов. Области витрификации анализировались с помощью диаграмм различной формы. Показано, что стабильные стекла можно получать при шихте, содержащей от 62 до 75 моль% стеклообразователей ([TiO₂]+[B₂O₃]+[Al₂O₃]), в том числе (TiO₂) до 48 моль% и (R₂O₃)>20 моль%. Для составов с (TiO₂)=35–47 моль%, мольное соотношение (Al₂O₃) / (B₂O₃) можно варьировать в диапазоне от 1 до 2,5. Структуру полученных стекол охарактеризовали методами сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) и инфракрасного излучения (ИК); исследованные стекла содержали одну или две стекловидные фазы в зависимости от их химического состава. Однофазные стекла можно получить составами (Al₂O₃) / (B₂O₃)≥1,75. Стеклообразная фаза однофазных стекол и основная стеклофаза двухфазных стекол образованы октаэдрами TiO_6/2 и AlO_6/2, а также (В₃О₆)^3- кольца; капли второй стекловидной (боратной) фазы образованы BO_3/2, TiO_4/2 и BO_4/2^- AlO_4/2^- группы в сочетании с катионами Ba²⁺ и K⁺ .