Об’єкт дослідження: релаксаційні процеси після зовнішніх впливів, що призводять до оборотних та
необоротних змін властивостей п’єзоелектричних керамічних елементів на основі твердих розчинів
Pb(Zr,Ti)O3; механізми, що приводять до нелінійних особливостей релаксаційних процесів. Мета:
розв’язання актуального наукового завдання, яке полягає у встановленні фізичної природи та
закономірностей релаксаційних процесів, які відбуваються після припинення впливу зовнішніх чинників у
твердих розчинах Pb(Zr,Ti)O3 та побудова фізичної моделі цих процесів. Методи: вимір петель
діелектричного гістерезису Р(Е) в квазістатичному режимі (f = 2·10-2 Гц) за схемою Сойєра-Тауера; вимір
температурної залежності діелектричної проникності ε(T); вимір температурної залежності поляризації Р(Т);
рентгеноструктурні дослідження, проведені з використанням рентгенівського дифрактометра ДРОН-3;
мікроструктурні дослідження, проведені за методом растрової електронної мікроскопії (Selmi РЕМ-106И);
вимір діелектричних властивостей (ємність C, тангенс кута діелектричних втрат tgδ) на частоті 1 кГц при
амплітуді вимірювального поля 4.3 В за мостовим методом (Е7-8); вимір п’єзорезонансних властивостей (fr,
fa, fr.3) методом пасивного чотириполюсника; вимір п’єзоелектичного модуля d33 статичним методом;
вимірювання релаксації властивостей в процесі старіння після припинення дії зовнішнього впливу ε(t), fr(t).
Теоретичні і практичні результати, наукова новизна: 1. Знайшли подальший розвиток уявлення про те, що
релаксація в полікристалічних сегнетоелектричних матеріалах відбувається за логарифмічним законом. Це
експериментально показано на прикладі релаксації діелектричної проникності сегнетокераміки Pb(Zr,Ti)О3
після дії температури, електричного поля, механічного напруження. Така поведінки можлива за наявності
спектра часів релаксації у полікристалічних твердих розчинах Pb(Zr,Ti)O3 , що містять структурні дефекти з
різною енергією активації. 2. Вперше встановлено, що після припинення часткової переполяризації
постійним електричним полем і деполяризації нагріванням швидкість релаксації діелектричної проникності
має максимальне значення при значеннях поля і температури, які нижче коерцитивного поля і температури
точки Кюрі відповідно (Екр < Ес , Ткр < TC ). Поле Екр і температура Ткр є граничними для оборотних процесів. У
інтервалі полів Ес −Екр , і температур TC −Ткр відбувається необоротна переполяризація і деполяризація зразка −
в процесі релаксації діелектрична проникність не повертається до вихідного значення, при цьому
відбувається зміна доменної структури. 3. Вперше показано, що інтервали Ес −Екр і TC −Ткр зростають при
переході з ромбоедричної області фазової діаграми твердих розчинів Pb(Zr,Ti)O3 в тетрагональну, що
пояснюється більш високими значеннями однорідного параметру деформації тетрагональної структури у
порівнянні з ромбоедричною. 4. Вперше встановлено, що нелінійна залежність релаксаційних характеристик
п’єзоелектричної кераміки на основі Pb(Zr,Ti)O3 від амплітуди зовнішніх чинників визначається
перебудовою доменної структури. 5. Розроблена модель механізму довготривалої релаксації, в основі якої
лежить зміна зарядового стану дефектів кристалічної решітки (кисневих вакансій VO), яка відбувається за
такими стадіями: – зменшення залишкової поляризації та виділення некомпенсованого заряду на поверхні в
процесі зовнішніх дій, утворення F-центрів (заряджених кисневих вакансій) по механізму VO + e → F + , VO +
2e → F0 ; – порушення електричного балансу, який був до збудження, та породження електричного поля, яке
направлено проти поляризації, новим розподіленням зарядів; – зворотний довготривалий перехід після
припинення зовнішніх дій збуджених станів по схемі F + → VO + e , F 0 → VO + 2e та обумовлена ним
довготривала релаксація п’єзоелектричного зразка до основного стану. Практичне значення: результати,
отримані в ході виконання дисертаційної роботи, розширюють існуючі уявлення про фізичні процеси, що
протікають в сегнетоелектричних п’єзокерамічних матеріалах після припинення дії на них зовнішніх
чинників. Логарифмічний закон релаксації, який задовільно описує експериментальні дані, дає можливість
прогнозувати поведінку властивостей зразків у процесі старіння. Визначення граничних амплітуд, які
призводять до зворотних або необоротних змін властивостей, дає можливість збільшити термін експлуатації
п’єзокерамічних елементів, які є у складі радіоелектронної апаратури. Сфера використання: запропонований в
роботі механізм довготривалої релаксації післядії дає можливість проводити цілеспрямований пошук нових
високоефективних п’єзоелектричних керамічних матеріалів.
