Ежемесячный научно-технический и производственный журнал

ISSN 0131-9582

  • Сквозной номер выпуска: 1158
  • Страницы статьи: 49-59
  • Поделиться:

Рубрика: Без рубрики

Представлен обзор литературы в области золь-гель методов синтеза порошков для изготовления сегнетоэлектрической керамики системы цирконат-титанат свинца в виде тонких пленок и стержней, а также контролируемого получения частиц цирконата-титаната свинца заданной, в первую очередь, стержневидной, морфологии. Основное внимание при получении материалов системы цирконат-титанат свинца уделено влиянию условий проведения золь-гель процесса и температурно-временных режимов термообработки на структуру получаемых частиц.
Надежда Дмитриевна Парамонова – мл. науч. 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
Мария Александровна Вартанян – канд. техн. наук, доцент кафедры химической технологии керамики и огнеупоров, ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева» (РХТУ им. Д. И. Менделеева), Москва, Россия
1. Канарейкин А. Г. Сегнетоэлектрические свойства наноструктурированных систем на основе цирконата-титаната свинца: дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.07. Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена. СПб., 2018. 125 с.
2. Торгашин С. И., Чебурахин И. Н., Андреев В. Г., Кикот В. В. Перспективы создания пьезоактюаторов для систем измерения, контроля и управления объектов ракетно-космической техники и наземной космической инфраструктуры // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2019. Т. 6, Вып. 3. С. 93 – 100.
3. Канарейкин А. Г., Каптелов Е. Ю., Сенкевич С. В и др. Влияние высокотемпературного отжига на ориентацию вектора униполярности в тонких пленках цирконата-титаната свинца // Физика твердого тела. 2016. Т. 58, Вып. 11. С. 2242 – 2247.
4. Aulika I., Dejneka A., Mergan S., et al. Compositional and optical gradient in films of PbZrxTi1-xO3 (PZT) family // Ferroelectrics – Physical Effects. 2011. P. 579 – 602.
5. Коваленко Д. А., Петров В. В., Клиндухов В. Г. Исследование влияния технологических параметров формирования тонких пленок цирконата-титаната свинца на их структурные и электрофизические свойства // Известия ЮФУ. Технические науки. 2018. № 9(158). С. 124 – 132.
6. Осипов В. В., Тухватуллина Э. А., Каптелов Е. Ю. и др. Исследование связи состава и диэлектрических свойств в тонких слоях ЦТС // Материалы Междунар. науч.-техн. конф., INTERMATIC-2018, часть 2. Москва, РТУ МИРЭА. 19 – 23 ноября 2018 г. С. 224 – 227.
7. Kamenshchikov М. V. Solnyshkin А. V., Bogomolov А. A., Pronin I. P. Electrical conduction mechanisms in PZT thin films deposited by RF magnetron sputtering method // Ferroelectrics. 2013. V. 442, Is. l. P. 101 – 106.
8. Prabu M., Banu I. B., Vijayaraghavan G. V., et al. Pulsed laser deposition and ferroelectric characterization of nanostructured perovskite lead zirconate titanate (52/48) thin films // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2013. No. 13(3). P. 1938 – 1942.
9. Ma Y., Song J., Wang X., et al. Synthesis, Microstructure and Properties of Magnetron Sputtered Lead Zirconate Titanate (PZT) Thin Film Coatings // Coatings. 2021. V. 11(8). Art. No. 944. DOI: 10.3390/coatings11080944
10. Nguyen M. D., Houwman E. P., Dekkers M., et al. strongly enhanced piezoelectric response in lead zirconate titanate films with vertically aligned columnar grains // ACS Appl. Mater. Interface. 2017. No. 9. P. 9849 – 9861.
11. Mtebwa M. Optimization of pulsed laser deposition parameters for singlecrystalline (011) oriented tetragonal PZT thin films // Tanzania Journal of Engineering and Technology. 2022. No. 41(4). P. 183 – 191.
12. Климов В. В., Скирдина И. К., Селикова Н. И и др. Электрофизические свойства толстых пленок на основе цирконата-титаната свинца // Неорганические материалы. 2008. Т. 44, № 5. С. 608 – 610.
13. Kang M. G., Lee S.-Y., Maurya D., et al. Wafer-scale single-crystalline ferroelectric perovskite nanorod arrays // Adv. Funct. Mater. 2017. 1701542.
14. L?bmann P., Lange U., Glaubitt W., et al. Powders, fibers, thin films and aerogels: sol-gel-derived piezoelectric materials // Key Engineering Materials. 2002. No. 224 – 226. P. 613 – 618.
15. Cui Y., Yu H., Abbas Z., et al. PZT composite film preparation and characterization using a method of sol-gel and electrohydrodynamic jet printing // Micromachines. 2023. V. 14(5). Р. 918.
16. Shoghi A., Abdizadeh H., Shakeri A., Golobostanfard M. R. Sol-gel synthesis of PZT thin films on FTO glass substrates for electro-optic devices // Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2020. No. 93. P. 623 – 632.
17. Takenaka S., Kozuka H. Sol-gel preparation of single-layer, 0.75 ?m thick lead zirconate titanate films from lead nitrate-titanium and zirconium alkoxide solutions containing polyvinylpyrrolidone // Applied physics letters. 2001. V. 79, No. 21. P. 3485 – 3487.
18. Xiao M., Zhang W., Zhang Z., et al. Nonlinear current–voltage behavior in PZT thin films // Applied Physics A. 2017. No. 123(5). Р. 343.
19. Shi P., Yang Y., Li H., et al. Study on the properties of Pb(Zr,Ti)O3 thin films grown alternately by pulsed laser deposition and sol-gel method // Physics Letters A. 2020. V. 384(11). 126232.
20. Vorotilov K. A., Sigov A. S. Sol-gel derived ferroelectric thin films: avenues for control of microstructural and electric properties // Journal of Sol-Gel Science and Technology. 1999. No. 16. P. 109 – 118.
21. Rahman M. F., Miglioli L. Synthesis of ferroelectric lead zirconate titanate Pb[Zr0,52Ti0,48]O3 (PZT) thin film on gold substrate by sol-gel method // 2nd Int. Conf. on Electrical Engineering and Information & Communication Technology (ICEEICT). 2015.
22. Schwartz R. W., Boyle T. J., Lockwood S. J., et al. Sol-gel processing of PZT thin films: A review of the state-of-the-art and process optimization strategies // Integrated Ferroelecirics. 1995. V. 7. P. 259 – 277.
23. Серегин Д. С., Воротилов К. А., Сигов А. С. и др. Формирование и свойства пористых пленок цирконата-титаната свинца // Физика твердого тела. 2015. Т. 57, Вып. 3. С. 487 – 490.
24. Xu Y. Y., Wang Y., Liu A. Y., et al. Ferroelectric dielectric and optical properties of layered PbZrxTi1-xO3 films derived from precursor solutions containing polyvinylpyrrolidone polymer additive // Ferroelectrics. 2021. No. 571(1). P. 120 – 128.
25. Воротилов К. А., Мухортов В. М., Сигов А. С. Интегрированные сегнетоэлектрические устройства М.: Энергоатомиздат, 2011. 175 с.
26. Yu S., Yao K., Shannigrahi S., Tay F. Effect of poly(ethylene glycol) additive molecular weight on the microstructure and properties of sol-gel-derived lead zirconate tinanate thin films // Journal of Materials Research. 2003. No. 18. P. 737 – 741.
27. Зубкова Е. Н., Абдуллаев Д. А., Серегин Д. С. и др. Особенности микроструктуры пористых пленок ЦТС // Материалы Междунар. науч.-техн. конф., INTERMATIC-2013, Москва, МИРЭА. 2 – 6 декабря 2013 г. С. 82 – 86.
28. Yamashita K., Nishiumi T., Arai K., et al. Intrinsic stress control of sol-gel derived PZT films for buckled diaphragm structures of highly sensitive ultrasonic microsensors // Procedia Engineering. 2015. V. 120. P. 1205 – 1208.
29. Moriyama M., Totsu K., Tanaka S. Sol-gel deposition and characterization of lead zirconate titanate thin film using different commercial sols // Sensors and Materials. 2019. V. 31, No. 8. P. 2497 – 2509.
30. Вертопрахов В. Н., Никулина Л. Д., Игуменов И. К. Синтез оксидных сегнетоэлектрических тонких пленок из металлоорганических соединений и их свойства // Успехи химии. 2005. No. 74(8). P. 797 – 819.
31. Bel-Hadj-Tahar R. Morphological and electrical investigations of lead zirconium titanate thin films processed at low temperature by a novel sol-gel system // Journal of Alloys and Compounds. 2017. No. 729. P. 607 – 616.
32. Yamashita K., Nakajima S., Shiomi J., Noda M. Sensitivity of piezoelectric ultrasonic microsensors with sol-gel derived PZT films prepared through various pyrolysis temperatures // Proceeding. 2017. No. 1. Р. 394.
33. 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.
34. Свирская С. Н. Пьезокерамическое материаловедение: учебное пособие. Ростов-на-Дону: ГОУ ВПО «Южный Федеральный Университет», 2009. 82 с.
35. Morrison F. D., Luo Y., Szafraniak I., et al. Ferroelectric nanotubes // Reviews on Advanced Materials Science. 2003. V. 4. P. 114 – 122.
36. Мишина Е. Д., Шерстюк Н. Э., Вальднер В. О. и др. Нелинейно-оптическая и микрорамановская диагностика тонких пленок и наноструктур сегнетоэлектриков ABO3 // Физика твердого тела. 2006. Т. 48, Вып. 6. С. 1140 – 1142.
37. Zhang X. Y., Zhao X., Lai C. W., et al. Synthesis and piezoresponse of highly ordered Pb(Zr0.53Ti0.47)O3 nanowire arrays // Applied physics letters. 2004. V. 85, No. 18. P. 4190 – 4192.
38. Kim J., Choi Y. C., Bu S. D. Synthesis and characterization of lead zirconate titanate nanotubes // Ferroelectrics. 2007. No. 356(1). P. 236 – 241.
39. Mohammadi M. R., Tabei S. A., Nemati A., et al. Synthesis and crystallization of lead–zirconium–titanate (PZT) nanotubes at the low temperature using carbon nanotubes (CNTs) as sacrificial templates // Advanced Powder Technology. 2012. No. 23. P. 647 – 654.
40. Limmer S. J., Seraji S., Wu Y., et al. Template-based growth of various oxide nanorods by sol-gel electrophoresis // Advanced Functional Materials. 2002. No. 12(1). P. 59 – 64.
41. Nourmohammadi A., Bahrevar M. A., Hietschold M. Sol-gel electrophoretic deposition of PZT nanotubes // Materials Letters. 2008. No. 62. P. 3349 – 3351.
42. Nourmohammadi A., Bahrevar M. A., Hietschold M. Template-based electrophoretic deposition of perovskite PZT nanotubes // Journal of Alloys and Compounds. 2009. No. 473(1–2). P. 467 – 472.
43. Chenga L.-Q., Li J.-F. A review on one dimensional perovskite nanocrystals for piezoelectric applications // Journal of Materiomics. 2016. No. 2(1). P. 25 – 36.
44. Lima E. C., Ara?jo E. B. Phase transformations in PZT thin films prepared by polymeric chemical method // Advances in Materials Physics and Chemistry. 2012. No. 2. P. 178 – 184.
45. Malic B., Cilensek J., Mandeljc M., Kosek M. Crystallization study of the alkoxide-based Pb(Zr0.30Ti0.70)O3 thin-film precursor // Acta Chim. Slov. 2005. No. 52. P. 259 – 263.
46. Кукушкин С. А., Тентилова И. Ю., Пронин И. П. Механизм фазового превращения пирохлорной фазы в перовскитовую в пленках цирконата-титаната свинца на кремниевых подложках // Физика твердого тела. 2012. Т. 54, Вып. 3. С. 571 – 575.
47. Котова Н. М., Подгорный Ю. В., Серегин Д. С. и др. Влияние методики приготовления пленкообразующих растворов на электрофизические свойства сегнетоэлектрических пленок ЦТС // Нано- и микросистемная техника. 2010. № 10. С. 11 – 16.
48. Сидоркин А. С., Нестеренко Л. П. Влияние параметров синтеза на сегнетоэлектрические свойства пленок цирконата-титаната свинца // Охрана, безопасность, связь. 2020. № 5-1. С. 217 – 223.
49. Wang J., Gao Q., He H., et al. Fabrication and characterization of size-controlled single-crystal-like PZT nanofibers by sol-gel based electrospinning // Journal of Alloys and Compounds. 2013. No. 579. P. 617 – 621.
50. Omori T., Makita H., Takamatsu M., et al. Preparation of piezoelectric PZT micro-discs by sol-gel method // T.IEE Japan. 2001. V. 121-E, No. 9. P. 496 – 500.
51. Воротилов К. А., Жигалина О. М., Васильев В. А., Сигов А. С. Особенности формирования кристаллической структуры цирконата-титаната свинца в системах Si–SiO2–Ti(TiO2)–Pt-Pb(ZrxTi1-x)O3 // Физика твердого тела. 2009. Т. 51, Вып. 7. С. 1268 – 1271.
52. Naksata M., Brydson R., Milne S. J. Properties of lead zirconate titanate thin films prepared using a triol sol-gel route // J. Am. Ceram. Soc. 2003. No. 86(9). P. 1560 – 1566.
53. Sadeghpour S., Puers R. Optimization in the design and fabrication of a PZT piezoelectric micromachined ultrasound transducer (PMUT) // Proceedings. 2018. No. 2(13). Р. 743.
54. Cheng J., Luo L., Meng Z. Orientation of PZT thin films prepared by sol-gel techniques // Proceedings of the 6th International Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials. 2020. P. 930 – 934.
55. Sigov A. S., Vorotilov K. A., Zhigalina O. M. Effect of lead content on microstructure of sol-gel PZT structures // Ferroelectrics. 2012. No. 433(1). P. 146 – 157.
56. Мухин Н. В., Еланская К. Г., Пухова В. М. и др. Механизмы формирования гетерофазных сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2018. № 2. С. 26 – 36.
57. Воротилов К. А., Мухин Н. В. Влияние условий формирования пленок ЦТС с разным содержанием свинца на их сегнетоэлектрические свойства // Материалы Междунар. науч.-техн. конф., INTERMATIC-2014, часть 3, 2 – 5 декабря 2014 г., Москва, МИРЭА. 2014. С. 185 – 188.
58. Мухин Н. В., Алтынников А. Г., Чигилейчик М. М. и др. Влияние условий формирования наноструктурированных гетерофазных оксидных пленок на их фотовольтаические и сегнетоэлектрические свойства // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2014. Вып. 4. С. 51 – 55.
59. 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.
60. Chen Y. N., Wang Z. J., Yang T., Zhang Z. D. Crystallization kinetics of amorphous lead zirconate titanate thin films in a microwave magnetic field // Acta Materialia. 2014. No. 71. P. 1 – 10.
61. 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. P. 2891 – 2896.
62. Zhang Y.-J., Wang Z. J., Bai Y., et al. Enhanced electrical properties of epitaxial PZT films deposited by sol-gel method and crystallized by microwave irradiation // Journal of Alloys and Compounds. 2018. No. 757. P. 24 – 30.
63. Wang Z., Chen Y., Otsuka Y., et al. Crystallization of ferroelectric lead zirconate titanate thin films by microwave annealing at low temperatures // Journal of the American Ceramic Society. 2010. No. 94(2). P. 404 – 409.
64. Sharma P. K., Ounaies Z., Varadan V. V., Varadan V. K. Dielectric and piezoelectric properties of microwave sintered PZT // Smart materials and structures. 2001. No. 10. P. 878 – 883.
65. Malic B., Suzuki H. Low-temperature processing of solution-derived ferroelectric thin films // Journal of the Ceramic Society of Japan. 2014. No. 122(1421). P. 1 – 8.

Статью можно приобрести
в электронном виде!

PDF формат

500

DOI: 10.14489/glc.2024.06.pp.049-059
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 2. Синтез пленочных и стержневидных структур // Стекло и керамика. 2024. Т. 97, № 6. С. 49 – 59. DOI: 10.14489/glc.2024.06.pp.049-059