Features of the production and study of electrophysical characteristics (BeO + TiO2)-ceramics by impedance spectroscopy
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2019-6-55-63
Abstract
The resulting electrically conductive two-component BeO ceramics with the addition of micro and nanocrystalline TiO2 powder, which can be used as a material absorber of scattered microwave radiation in high-power electronic devices. The nature of the appearance of electrical conductivity and absorption of the microwave field in (BeO + TiO2)-ceramics has not been completely established. The impedance spectroscopy method was the first to investigate the electrical and dielectric characteristics of this ceramics in the frequency range from 100 Hz to 100 MHz, depending on the presence of a micro- and nanosized TiO2 phase in the composition of BeO ceramics. It has been established that the static resistance of ceramics with the addition of a TiO2 nanopowder is significantly reduced compared with the resistance of the original ceramics with TiO2 micropowder. It is shown that the real and imaginary components of the dielectric constant of the studied ceramics increase to abnormally large values as the frequency of the effective electric field decreases, and in the high frequency range f ≥ 108 Hz, the process of dielectric relaxation begins, leading to an increase in the dielectric loss angle. The dielectric characteristics of ceramic samples are determined under blocking conditions for through conduction. The effect of TiO2 micropowder additives on dielectric polarization processes with increasing frequency up to 12·109 Hz is considered. Ill. 8. Ref. 26.
About the Authors
A. A. LepeshevRussian Federation
A. V. Pavlov
Russian Federation
N. A. Drokin
Russian Federation
A. I. Malkin
Russian Federation
V. S. Kijko
Russian Federation
N. S. Knyazev
Russian Federation
References
1. Edelstein, A. S. Nanoparticles: Synthesis, Properties and Applications / A. S. Edelstein, R. C. Cammarata. — Philadelphia. — 1996. — P. 170.
2. Кийко, В. С. Влияние добавок диоксида титана на физико-химические и люминесцентные свойства бе-риллиевой керамики / В. С. Кийко // Неорганические материалы. — 1994. — Т. 30, № 5. — С. 688-693.
3. Беляев, Р. А. Окись бериллия / Р. А. Беляев. — М. : Атомиздат, 1980. — 221 с.
4. Кийко, В. С. Получение, физико-химические свойства и пропускание СВЧ-излучения керамикой на основе ВеО / В. С. Кийко, С. Н. Шабунин, Ю. Н. Макурин // Огнеупоры и техническая керамика. — 2004. — № 10. — С. 8-17.
5. Кийко, В. С. Микроструктура и электропроводность композиционной (ВеО + ТЮ2)-керамики / В. С. Кийко, М. А. Горбунова, Ю. Н. Макурин [и др.] // Новые огнеупоры. — 2007. — № 11. — С. 68-74. [Kiiko, V. S. Microstructure and electric conductivity of composite (BeO + TiO2) ceramics / V. S. Kiiko, M. A. Gorbunova, Yu. N. Makurin [et al.] // Refract. Ind. Ceram. — 2007. — Vol. 48, № 6. — Р. 429-434.]
6. Вайспапир, В. Я. Бериллиевая керамика для современных областей техники / В. Я. Вайспапир, В. С. Кийко // Вестник воздушно-космической обороны. — 2018. — № 1 (17). — С. 59-69.
7. Кийко, В. С. Композиционная (ВеО + TiO2)-керамика для электронной и других областей техники / В. С. Кийко, А. В. Павлов // Новые огнеупоры. — 2017. — № 12.— С. 64-70. [Kiiko, V. S. Composite (BeO + TiO2)-ceramic for electronic engineering and other fields of technology / V. S. Kiiko, А. V. Pavlov // Refract. Ind. Ceram. — 2018.— Vol. 57. — P. 423-426.]
8. Пат. 2326091 Российская Федерация. Способ получения электропроводной керамики на основе оксида бериллия / Ивановский А. Л., Кийко В. С., Акишин Г. П., Макурин Ю. Н. — № 2005140821/03 ; заявитель и патентообладатель — ГОУ ВПО УГТУ-УПИ и ИХТТ УрО РАН ; заявл. 10.07.07 ; опубл. 10.06.08, Бюл. № 16.
9. Медведев, М. И. Сцинтилляционные детекторы / М. И. Медведев. — М. : Атомиздат, 1977. — 235 с.
10. Landmann, M. The electronic structure and optical response of rutile, anatase and brookite TiO2 / M. Landmann, E. Rauls, W. G. Schmidt // Journal of Physics: Condensed Matter. — 2012. — Vol. 24, № 19. — Р. 1-6.
11. Thompson, T. L. Surface science studies of the photoactivation of TiO2 — new photochemical processes / T. L. Thompson, J. T. Yates // chem. Rev. — 2006. — Vol. 106, № 10. — P. 4428-4453.
12. Tang, H. Electrical and optical properties of TiO2 anatase thin films / H. Tang, K. Prasad, R. Sanjines, P. E. Schmid, F. Levy // J. Appl. Phys. — 1994. — Vol. 75, № 4. — P. 2042-2047.
13. Кузнецов, М. В. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия сложной оксидной керамики: BeO-TiO2-C / М. В. Кузнецов, В. С. Кийко, А. Л. Ивановский // Стекло и керамика. — 2010. — № 10. — C. 16-21.
14. Ушаков, А. В. Физико-химические свойства порошка TiO2, полученного в плазмохимическом реакторе низкого давления / А. В. Ушаков, А. А. Лепешев, И. В. Карпов, Г. Г. Крушенко // Технология металлов. — 2012. — № 10. — C. 27-32.
15. Кийко, В. С. Керамика на основе оксида бериллия: получение, физико-химические свойства и применение / В. С. Кийко, Ю. Н. Макурин, А. Л. Ивановский. — Екатеринбург : УрО РАН, 2006. — C. 324-332.
16. Беляев, Б. А. Исследование электрофизических характеристик катионзамещенной керамики гексаалюмината бария методом импедансной спектроскопии / Б. А. Беляев, Н. А. Дрокин, В. А. Полубояров // Физика твердого тела. — 2018. — T. 60, вып. 2. — С. 269-275.
17. Macdonald, J. Ross. Impedance spectroscopy / J. Ross Macdonald // Annals of Biomedical Engineering. — 1992. — Vol. 20. — P. 289-305.
18. Pradhan, D. K. Studies of dielectric relaxation and AC conductivity behavior of plasticized polymer nanocomposite electrolytes / D. K. Pradhan, R. N. P. Choudhary, B. K. Samantaray // Int. J. Electrochem. Sci. — 2008. — Vol. 3. — P. 597-608.
19. Dyre, J. C. Universality of AC conduction in disordered solids / J. C. Dyre, T. B. Schmder // Reviews of Modern Physics. — 2000. — Vol. 72, Issue 3. — P. 873-892.
20. Кийко, В. С. Получение и теплофизические свойства ВеО-керамики с добавками нанокристаллического диоксида титана / В. С. Кийко, А. В. Павлов, В. А. Быков // Новые огнеупоры. — 2018. — № 11. — С. 57-63.
21. Liu, J. Dielectric properties and maxwell-wagner relaxation of kompounds ACualuO^ (A = Ca, Bi2/3, Y2/3, La2/3) / J. Liu, Ch.-G. Duan, W. N. Mei, R. W. Smith, J. R. Hardy // J. Appl. Phys. — 2005. — Vol. 98, 093703. — P. 093703-1-093703-5.
22. Bordi, F. Dielectric spectroscopy and conductivity of polyelectrolyte solutions / F. Bordi, C. Cametti, R. H. Colby // J. Phys. Condens. Matter. — 2004. — Vol. 16. — P. 1423-1463.
23. Ненашева, Е. А. Керамические материалы для СВЧ-электроники / Е. А. Ненашева, О. Н. Трубицына, Н. Ф. Картенко, О. А. Усов // Физика твердого тела. — 1999. — T. 41, вып. 5. — С. 882-884.
24. Солодуха, А. М. Определение диэлектрических параметров керамики на основе дисперсии комплексного электрического модуля / А. М. Солодуха, З. А. Ли-берман // Вестник ВГУ, Серия физика, математика. — 2003. — № 2. — С. 67-71.
25. Malkin, A. I. Dielectric permittivity and permeability measurement system / A. I. Malkin, N. S. Knyazev // CEUR Workshop Proceedings. — 2017. — Vol. 1814. — P. 45-51.
26. Малкин, А. И. Измерение электродинамических параметров порошковых материалов / А. И. Малкин, Н. С. Князев, А. Г. Карпов // Метрология в радиоэлектронике. — 2018. — С. 74-80.
Supplementary files
For citation: Lepeshev A.A., Pavlov A.V., Drokin N.A., Malkin A.I., Kijko V.S., Knyazev N.S. Features of the production and study of electrophysical characteristics (BeO + TiO2)-ceramics by impedance spectroscopy. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2019;(6):55-63. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2019-6-55-63
Refbacks
- There are currently no refbacks.