Блог

Е.Тюнина, Г.Кузьмичева, Е. Доморощина, А.Дубовский
Связь между составом, структурными особенностями и характеристикам свойств кристаллов семейства лангасита

CВЯЗЬ МЕЖДУ СОСТАВОМ, СТРУКТУРНЫМИ ОСОБЕННОСТЯМИ И ХАРАКТЕРИСТИКАМИ СВОЙСТВ КРИСТАЛЛОВ СЕМЕЙСТВА ЛАНГАСИТА.

THE RELATIONSHIP BETWEEN COMPOSITION, STRUCTURAL PECULIARITIES AND SPECIFIC PROPERTIES OF LANGASITE FAMILY

Е.Тюнина1, Г.Кузьмичева1, Е. Доморощина 1, А.Дубовский 2 E.Tyunina1, G. Kuz’micheva1, E. Domoroschina1, A. Dubovskiy2

1 Lomonosov State Academy of Fine Chemical Technology, Moscow, e-mail: tyunina_elena@mail.ru, galkuz@mitht.ru;

2 Russian Research Institute for Minerals, Aleksandrov, e-mail: dab0657@mail.ru

Compounds of langasite family (La3Ga5SiO14, LGS) are known its piezoelectric properties, and also they have the big density and high values of relative dielectric coefficients. However industrial cultivation of crystals of langasite family restrains change of physical properties on volume of a crystal. Crystals of langasite structure (La3Ga5SiO14 – La3Ga(1)Ga(2)3(GaSi)(3)O14) belong to the sp.gr. P321 and have four kinds of cation sites. The La, Ga(1), Ga(2) and (GaSi)(3) ions are located on a decahedral, octahedral, tetrahedral and trigonal-pyramidal sites, respectively. In this work, we report some results about the relationship between piezoelectric coefficients, electromechanical coupling coefficients, dielectric properties and composition, structural peculiarities of langasite family compounds.

Особенность строения лангасита – LGS (La3Ga5SiO14 – La3Ga4(GaSi)O14 – La3Ga(1)Ga3(2) (GaSi)(3)O14; пр. гр. P321, z=1) – три позиции для атомов галлия: Ga(1) – октаэдрическая, Ga(2) – тетраэдрическая и (GaSi)(3) – тригонально-пирамидальная, в которой атомы Si частично замещаются атомами Ga; атомы La находятся в додекаэдре. Соединения семейства лангасита (в частности, Ca3Ga2Ge4O14 – CGG, Sr3Ga2Ge4O14 – SGG, La3Ga5SiO14 -LGS, La3Ga5.5Nb0.5O14 -LGN и La3Ga5.5Ta0.5O14 – LGT) известны своими пьезоэлектрическими свойствами, а также они обладают большой плотностью и высокими значениями диэлектрической проницаемости. Однако промышленное выращивание кристаллов семейства лангасита сдерживается изменением физических свойств по объему кристалла, что обусловлено вариацией состава. Цель работы – установление связи между составом, структурными характеристистиками: параметрами элементарной ячейки (a, c), межатомными расстояниями dO3-O3” (общее ребро додекаэдра и октаэдра) и характеристиками свойств (пьезоэлектрических, электромеханических и диэлектрических) кристаллов семейства лангасита. Пьезоэлектрические свойства. Авторы [1] предположили, удлинение ребра O3-O3” может указывать на наличие значительного пьезоэффекта у соединения. На основании литературных данных (см. напр. [2]) нами были построены зависимости между пьезоэлектрическими модулями (d11 и d14) и параметрами ячейки, а также межатомными расстояниями dO3-O3”, из которых следует: значения │d11│, d14 –увеличивается с увеличением параметров элементарной ячейки: от CGG к SGG и от LGS к LGG; – значения │d11│, d14 увеличиваются с увеличением dO3-O3” : от CGG к SGG и от LGS к LGG; значение │d11│ увеличивается с увеличением dO3-O3” от LGN к LGT, а значение d14 уменьшается с увеличением dO3-O3” :от LGN к LGT. Полученные зависимости позволили установить, что состав кристалла оказывает влияние на величины пьезоэлектрических модулей, причем избыток атомов M4+=Si, Ge в позиции (GaSi)(3) приводит к уменьшению значений │d11│, d14. Электромеханические свойства. Нами были выявлены корреляции между коэффициентами электромеханической связи (k12 и k26) и параметрами ячейки а, с и теми же самыми расстояниями между атомами кислорода, основываясь на известных данных напр. см [1,2]. Анализ их позволил сделать ряд выводов: – значения k12, k26 увеличивается с увеличением параметров ячейки от CGG к SGG, от LGS к LGG. – значения k12, k26 увеличивается с увеличением dO3-O3” от CGG к SGG, от LGS к LGG, от LGN к LGT. Получены зависимости показали, что избыток атомов M4+=Si, Ge в позиции (GaSi)(3) аналогично влияет на коэффициенты электромеханической, как и на пьезоэлектрические модули. Диэлектрические свойства. И выявленными нами зависимостями между температурного максимума тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ,°С) и средне взвешенным радиусом позиции (GaSi)(3), показали, что с увеличение средне взвешенным радиусом позиции (GaSi)(3) (т.е. с увеличение количества Ga) tgδ,°С увеличивается для плоскости (0001) и уменьшается для плоскости (2 0). Связь между диэлектрическими постоянными (ε11/ε0 и ε33/ε0) и структурными параметрами на известных дынных напр. см. [1,2], позволила сделать следующие выводы: – значение ε11/ε0 уменьшается с увеличением параметров ячейки и dO3-O3” от CGG к SGG, от LGS к LGG, и увеличивается с увеличением dO3-O3” от LGN к LGT. – значение ε33/ε0 уменьшается с увеличением параметров ячейки и dO3-O3” от CGG к SGG, и увеличивается с увеличением dO3-O3” от LGS к LGG, от LGN к LGT.

Список литературы

1. Белоконева Е.Л., Стефанович С.Ю., Писаревский Ю.В., Мосунов А.В. // Журн. Неогр. Химии, 2000, Т. 45, № 11, С. 1786 – 1796.

2. Mill B.V, Pisarevsky Yu.V. // IEEE/EIA, Intern. Freq. Control Symp. 2000. P. 133-144.