Ежемесячный научно-технический и производственный журнал

ISSN 0131-9582

  • Сквозной номер выпуска: 1154
  • Страницы статьи: 47-56
  • Поделиться:

Рубрика: Без рубрики

Представлен обзор литературы, посвященной золь-гель методу синтеза порошков сегнетоэлектрической керамики в системе PbTiО3–РbZrО3, основанному на контролируемом гидролизе смесей солей или металлоорганических соединений свинца, циркония и титана. Основное внимание уделено условиям проведения золь-гель процесса и условиям последующей термообработки: исходным веществам, используемым в синтезе, условиям получения прекурсора, сушки гелей и кристаллизации аморфных порошков в системе PbTiО3–РbZrО3.

Надежда Дмитриевна Парамонова – младший научный сотрудник лаборатории синтеза и исследования новых материалов, Акционерное общество «Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита «НИИграфит» (АО «НИИграфит»); аспирант кафедры химической технологии керамики и огнеупоров, ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева» (РХТУ им. Д. И. Менделеева), Москва, Россия
Егор Андреевич Данилов – канд. хим. наук, начальник лаборатории синтеза и исследования новых материалов, Акционерное общество «Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита «НИИграфит» (АО «НИИграфит»), Москва, Россия

1. Головнин В. А., Каплунов И. А., Малышкина О. В., Педько Б. Б. Пьезоэлектрическая керамика: применение, производство, перспективы // Вестник ТвГУ. Сер. Физика. 2010. Вып. 11. С. 47 – 58.
2. Shur V. Y., Blankova E. B., Subbotin A. L., et al. Infuence of crystallization kinetics on texture of sol-gel PZT and BST thin films // Journal of the European Ceramic Society. 1999. No. 19. P. 1391 – 1395.
3. Панич А. А., Мараховский М. А., Мотин Д. В. Кристаллические и керамические пьезоэлектрики // Инженерный вестник Дона. 2011. № 1. С. 53 – 64.
4. Головнин В. А., Каплунов И. А., Малышкина О. В. и др. Физические основы, методы исследования и практическое применение пьезоматериалов. М.: Техносфера, 2016. С. 217.
5. Воротилов К. А., Мухортов В. М., Сигов А. С. Интегрированные сегнетоэлектрические устройства. М.: Энергоатомиздат, 2011. 175 с.
6. Tsai C., Chien Y., Hong C., et al. Study of Pb(Zr0,52Ti0,48)O3 microelectromechanical system piezoelectric accelerometers for health monitoring of mechanical motors // Journal of the American Ceramic Society. 2019. No. 102(7). P. 4056 – 4066.
7. Mohammadi V., Mohammadi S., Barghi F. Piezoelectric pressure sensor based on enhanced thin-film PZT diaphragm containing nanocrystalline powders. Piezoelectric materials and devices – practice and applications. InTech. 2013. P. 113 – 138.
8. Zarycka A., Brus B., Ilczuk J., et al. The internal friction background in PZT ceramics obtained by the sol-gel method // Materials Science-Poland. 2007. V. 25, Nо. 3. P. 869 – 874.
9. Noheda B., Cox D. E., Shirane G., et al. A monoclinic ferroelectric phase in the Pb(Zr1-xTix)O3 solid solution // Applied Physics Letters. 1999. V. 74. P. 2059.
10. Богданов А. И. Теоретическое исследование структурной неупорядоченности в цирконате-титанате свинца: дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.07 / А. И. Богданов. Иркутск, 2017. 89 с.
11. Старицын М. В., Федосеев М. Л., Каптелов Е. Ю. и др. Изменение структуры субмикронных пленок ЦТС при тонком варьировании состава в области морфотропной фазовой границы // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2021. Вып. 13. С. 400 – 410.
12. Старицын М. В., Федосеев М. Л., Киселев Д. А. и др. Сегнетоэлектрические свойства тонких пленок цирконата-титаната свинца, полученных методом высокочастотного магнетронного распыления, в области морфотропной фазовой границы // Физика твердого тела. 2023. Т. 65, Вып. 2. С. 296 – 301.
13. Шикина В. Е. Пьезоэлектрические материалы для изготовления измерительного преобразователя расхода жидких сред // Вестник УлГТУ. 2018. № 3(83). С. 42 – 44.
14. Liu Y., Zeng A., Zhang S., et al. An experimental investigation on polarization process of a PZT-52 tube actuator with interdigitated electrodes // Micromachines. 2022. Nо. 13(10). Р. 1760.
15. Нагаенко А. В., Панич А. Е. Нанопьезокерамика простейших систем ЦТС // Материалы V Международной научно-технической конференции INTERMATIC – 2007, часть 1, 23 – 27 октября 2007 г., Москва. С. 144 – 147.
16. Спиридонов Н. А., Гусакова Л. Г., Погибко В. М. и др. Формирование электрофизических свойств пьезокерамики на основе ЦТС, полученной из нанодисперсных порошков // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. 2012. Т. 10, № 1. С. 115 – 122.
17. Клето Г. И., Мартынюк Я. В., Савчук А. И. и др. Наноразмерные сегнетоэлектрические пленки для интегральных запоминающих элементов // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. 2009. Т. 7, № 1. С. 65 – 71.
18. Verardi P., Dinescu M., Craciun F. Pulsed laser deposition and characterization of PZT thin films // Applied Surface Science. 2000. Nо. 154–155. P. 514 – 518.
19. Котова Н. М., Воротилов К. А., Серегин Д. С., Сигов А. С. Роль прекурсоров в процессе формирования тонких пленок цирконата-титаната свинца // Неорганические материалы. 2014. Т. 50, № 6. С. 661 – 666.
20. Ching-Chang Chung. Microstructural evolution in lead zirconate titanate (PZT) piezoelectric ceramics: Ph.D., University of Connecticut, 2014. 252 с.
21. Roxana M. Piticescu, Ana Maria Moisin, D. Taloi, et al. Hydrothermal synthesis of ultradisperse PZT powders for polar ceramics // Journal of the European Ceramic Society. 2004. V. 24, Is. 6. P. 931 – 935.
22. Нестеров А. А., Панич А. А., Свирская С. Н. и др. Влияние характеристик частиц шихты на электрофизические параметры пьезокерамического материала ЦТС-36 // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 3. С. 1 – 8.
23. Нестеров А. А., Панич А. Е., Свирская С. Н. и др. Технологические приемы повышения точки Кюри пьезофаз системы ЦТС // Инженерный вестник Дона. 2012. № 2. С. 370 – 373.
24. Пустовая Л. Е., Нестеров А. А., Криков В. В., Пахомов А. С. Синтез методом «химической сборки» наноразмерных порошков пьезофаз, используемых для изготовления пьезокерамики // Вестник ДГТУ. 2010. Т. 10, № 7(50). С. 1052 – 1056.
25. Максимов А. И., Мошников В. А., Таиров Ю. М., Шилова О. А. Основы золь-гель-технологии нанокомпозитов. СПб.: Изд-во «Элмор». 2008. 255 с.
26. Sanchez C., Livage J., Henry M., Babonneau F. Chemical modification of alkoxide precursors // Journal of Non-Crystalline Solids. 1988. V. 100, Nо. 1 – 3. P. 65 – 76.
27. Peer L?bmann, Uta Lange, Walther Glaubitt, et al. Thin films and aerogels: sol-gel-derived piezoelectric materials // Key Engineering Materials. 2002. Nо. 224 – 226. P. 613 – 618.
28. Sangsubun C., Watcharapasorn A., Naksata M., et al. Preparation of sol-bonded lead zirconate titanate ceramics via sol-gel and mixed-oxide methods // Ferroelectrics. 2007. Nо. 356. P. 197 – 202.
29. Stancu V., Sava F., Lisca M., et al. Comparison between PZT thin films deposited on stainless steel and on platinum/silicon substrate // Journal of Physics: Conference Series. 2008. Nо. 94. P. 012012.
30. Jianlin Luo, Chunwei Zhang, Lu Li, et al. Intrinsic sensing properties of chrysotile fiber reinforced piezoelectric cement-based composites // Sensors. 2018. Nо. 18(9). P. 2999.
31. Chamankar N., Khajavi R., Yousefi A. A., et al. Comparing the piezo, pyro and dielectric properties of PZT particles synthesized by sol-gel and electrospinning methods // J Mater Sci: Mater Electron. 2019. Nо. 30. P. 8721 – 8735.
32. Ion E.-D., Malic B., Kosec M. Characterization of PbZrO3 prepared using an alkoxide-based sol-gel synthesis route with different hydrolysis conditions // Journal of the European Ceramic Society. 2007. Nо. 27. P. 4349 – 4352.
33. Chilibon I., Marat-Mendes J. N. Ferroelectric ceramics by sol-gel methods and applications: A review // Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2012. Nо. 64. P. 571 – 611.
34. Sharma P. K., Ounaies Z., Varadan V. V., Varadan V. K. Dielectric and piezoelectric properties of microwave sintered PZT // Smart materials and structures. 2001. Nо. 10. P. 878 – 883.
35. Faheem Y., Shoaib M. Sol-Gel processing and characterization of phase-pure lead zirconate titanate nano-powders // J. Am. Ceram. Soc. 2006. Nо. 89(6). P. 2034 – 2037.
36. Jae-Seob Hwang, Woo Sik Kim, Hyung-Ho Park, Tae-Song Kim. Sol-gel mechanism of self-patternable PZT film starting from alkoxides precursors // Journal of the Korean Ceramic Society. 2003. V. 40, No. 4. P. 385 – 392.
37. Cui Y., Gu W., Kong X., et al. Study of acetic acid addition on properties of PZT films prepared by sol-gel method // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2019. No. 30. P. 9194 – 9199.
38. Komarneni S., Abothu I. R., Prasada Rao A. V. Sol-gel processing of some electroceramic powders // Journal of Sol-Gel Science and Technology. 1999. No. 15. P. 263 – 270.
39. Coffman P. R., Dey S. K. Structure evolution in the PbO–ZrO2–TiO2 sol-gel system: Part I. Characterization of prehydrolyzed precursors // Journal of Sol-Gel Science and Technology. 1994. No. 1. P. 251 – 265.
40. Sangsubun C., Naksata M., Watcharapasorn A., et al. Preparation of PZT nanopowders via sol-gel processing // Journal Special Issue on Nanotechnology. 2005. No. 4(1). P. 53 – 58.
41. Suarez-Gomez A., Sato-Berru R., Toscano R. A., et al. On the synthesis and crystallization process of nanocrystalline PZT powders obtained by a hybrid sol-gel alkoxides route // Journal of Alloys and Compounds. 2008. No. 450. P. 380 – 386.
42. Mirzaei A., Bonyani M., Torkian S. Synthesis and characterization of nanocrystalline PZT powders: From sol to dense ceramics // Processing and Application of Ceramics. 2016. No. 10(1). P. 9 – 16.
43. De-Qing Z., Shao-Jun W., Hong-Shan S., et al. Synthesis and mechanism research of an ethylene glycol-based sol-gel method for preparing PZT nanopowders // Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2007. No. 41(2). P. 157 – 161.
44. A. Khorsand Zak, W. H. Abd. Majid Characterization and X-ray peak broadening analysis in PZT nanoparticles prepared by modified sol-gel method // Ceramics International. 2010. No. 36. P. 1905 – 1910.
45. Linardos S., Zhang Q., Alcock J. R. Preparation of sub-micron PZT particles with the sol-gel technique // Journal of the European Ceramic Society. 2006. No. 26. P. 117 – 123.
46. Клименков Б. Д. Исследование кинетики фазообразования в сегнетоэлектрических пленках // Молодой ученый. 2016. № 2(106). С. 162 – 165.
47. Ma Y., Song J., Wang X., et al. Synthesis, microstructure and properties of magnetron sputtered lead zirconate titanate (PZT) thin film coatings // Coatings. 2021. No. 11(8). P. 944.
48. Xu Z. J., Chu R. Q., Li G. R., et al. Preparation of PZT powders and ceramics via a hybrid method of sol-gel and ultrasonic atomization // Materials Science and Engineering: B. 2005. No. 117(2). P. 113 – 188.
49. Jacob K. S., Panicker N. R., Selvam I. P., Kumar V. Sol-gel synthesis of nanocrystalline PZT using a novel system // Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2003. No. 28(3). P. 289 – 295.
50. Seyed Mohammad Taheri Otaqsara, Ali Azam Khosravi, Reza Tabarzadi. Sol-gel synthesis and piezoelectric and structural properties of Zr-rich PZT nanoparticles // J. Nanostruct. 2019. No. 9(4). P. 650 – 658.
51. Wu A., Vilarinho P. M., Salvado I. M., Baptista J. L. Sol-gel preparation of lead zirconate titanate powders and ceramics: effect of alkoxide stabilizers and lead precursors // Journal of the American Ceramic Society. 2000. V. 83, No. 6. P. 1379 – 1385.
52. Rivera-Ruedas M. G., Flores-Noria J. R., Garcia Rodriguez F. J., et al. PZT ferroelectric ceramics obtained by sol-gel method using 2-metoxyethanol route for pyroelectric sensors // Materials Research Innovations. 2009. V. 13, No. 3. P. 375 – 378.
53. Futai N., Matsumoto K., Shimoyama I. Fabrication of high-aspect-ratio PZT thick film structure using sol-gel technique and SU-8 photoresist // Proceedings of the IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS). 2002. P. 168 – 171.
54. Huang C. L., Chen B. H., Wu L. Application feseability of Pb(Zr,Ti)O3 ceramics fabricated from sol gel derived powders using titanium and zirconium alkoxides // Mater. Res. Bull. 2004. No. 39. P. 523 – 532.
55. Chang T. I., Haung J. L., Lin H. P., et al. Effect of drying temperature on structure, phase formation, sol-gel derived lead zirconate titanate powders // J. Alloys Compd. 2006. V. 414. P. 224 – 229.
56. Evcin A., Akpinar S., Kucuk A., Kepekci D. B. Sol-gel synthesis of PZT powders by microwave sintering // International Ceramic, Glass, Porcelain Enamel, Glaze and Pigment Congress. 2009. P. 681 – 686.
57. Bhaskar A., Chang T. H., Chang H. Y., Cheng S. Y. Low-temperature crystallization of sol-gel-derived lead zirconate titanate thin films using 2.45 GHz microwaves. Thin solid films. 2007. No. 515(5). P. 2891 – 2896.
58. Raju K., Venugopal Reddy P. Synthesis and characterization of microwave processed PZT material // Current Applied Physics. 2010. No. 10(1). P. 31 – 35.
59. Gelfuso M. V., Teixeira F. N., Thomazini D. Microwave synthesis of PZT based ceramics // Ceramica. 2007. No. 53(327). P. 309 – 313.
60. Li Q., Wang X., Wang F., et al. Effect of neodymium substitution on crystalline orientation, microstructure and electric properties of sol-gel derived PZT thin films // Ceramics International. 2018. No. 44(7). P. 7709 – 7715.
61. Concalves M. D., Souza F. L., Longo E., et al. Dielectric characterization of microwave sintered lead zirconate titanate ceramics // Ceramic International. 2016. No. 42. P. 14423 – 14430.
62. Bodkhe S. Solvent evaporation-assisted three-dimensional printing of piezoelectric sensors from polyvinylidene fluoride and its nanocomposites. PhD. Montreal University. 2017. 163 p.
63. Bel Hadj Tahar R., Bel Hadj Tahar N., Ben Salah, A. Low-temperature processing and characterization of single-phase PZT powders by sol-gel method // Journal of Materials Science. 2007. No. 42(23). P. 9801 – 9806.
64. Meng Q., Zhu K., Pang X., et al. Sol-hydrothermal synthesis and characterization of lead zirconate titanate ?ne particles // Adv. Powder Technol. 2013 No. 24. P. 212 – 217.
65. Smirnova M. N., Nikiforova G. E., Kop’eva M. A., et al. PZT 50/50 nanocrystalline powders with tetragonal structure prepared via gel combustion route: Effect of heat treatment on phase and chemical compositions // Ceramics International. 2021. No. 47(11). P. 16232 – 16239.
66. Chamankar N., Khajavi R., Yousefi A. A., et al. Comparing the piezo, pyro and dielectric properties of PZT particles synthesized by sol-gel and electrospinning methods // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2019. No. 30. P. 8721 – 8735.

Статью можно приобрести
в электронном виде!

PDF формат

500

DOI: 10.14489/glc.2024.02.pp.047-056
Тип статьи: Обзор
Оформить заявку

Ключевые слова

Для цитирования статьи

Парамонова Н. Д., Данилов Е. А., Вартанян М. А. Применение золь-гель метода для получения наноструктурированных пьезоматериалов системы цирконат-титанат свинца (обзор). Часть 1. Синтез порошков // Стекло и керамика. 2024. Т. 97, № 2. С. 47 – 56. DOI: 10.14489/glc.2024.02.pp.047-056