Введение к работе
Актуальность темы. Физические и химические свойства ультрадисперсных систем в последнее десятилетие привлекают особое внимание исследователей, работающих в области физики и химии конденсированных сред и связанных с ними технологий получения новых материалов.
Ультрадисперсные материалы служат исходным сырьем для нанокерамик, отличающихся высокой прочностью, сверхпластичностью, уникальными электрическими и оптическими свойствами. На их основе удается получать новые оптические материалы.
Исследования последних лет показали, что исходный размер кристалла влияет не только на свойства изделия из наноматериалов. Обнаружено, что меняются такие характеристики как давления и температуры структурных фазовых превращений, модифицируются фазовые диаграммы. Поэтому исследования связанные с изучением влияния размера кристаллитов на электрические свойства и фазовые переходы наноматериалов весьма актуальны.
Диоксид циркония относится к широко исследуемым и практически важным материалам. Он используется в топливных элементах, в опто- и наноэлектронике, в качестве огнеупорного материала.
В последние годы показано, что материалы, полученные из
нанокристаллического диоксида циркония имеют свойства,
отличающиеся от свойств крупнокристаллических объектов.
Практическая значимость работы связана с изучением электрофизических свойств диоксида циркония, выявлением областей структурной стабильности, влиянием размеров исходного порошка на свойства компактированного материала. Кроме того, важным является изучение динамики протекания процессов при высоких давлениях.
Целью работы является исследование влияния размеров кристаллитов на электрические свойства ZrOj при высоких давлениях в широком диапазоне температур.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
1. В диапазоне температур 77-450 К исследовать влияние давлений 20-50
ГПа на электропроводность образцов ZrO^c разной дисперсностью.
2. По барическим зависимостям электрофизических характеристик
диоксида циркония уточнить фазовую диаграмму.
3. Изучить влияние времени обработки высоким давлением на электрофизические свойства диоксида циркония с разной степенью дисперсности кристаллитов.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
-
Впервые щучены электрофизические свойства нанокристаллических образцов диоксида циркония при давлениях 20-50 ГПа. Систематически исследовано поведение электрических характеристик диоксида циркония в интервале давлений 40-48 ГПа.
-
Уточнена фазовая диаграмма ZrOj для давлений 30-50 ГПа.
-
Впервые изучены зависимости электросопротивления ZrO; от времени в области давлений фазового перехода при комнатной температуре. Обнаружено, что индуцированные давлением превращения существенно зависят от времени. Выявлены закономерности увеличения характерных времен релаксации сопротивления при приближении к точке фазового перехода и зависимости величин характерных времен релаксации от размеров кристаллитов.
Практическая ценность работы. Выявленные
закономерности изменения электрофизических характеристик диоксида циркония при давлениях 20-50 ГПа позволили уточнить фазовую диаграмму. Показано, что исходный размер кристаллитов влияет на величину давления фазового перехода. Установлено, что электросопротивление диоксида циркония существенно зависит от времени обработки давлением вблизи давлений фазовых переходов.
Полученные в рамках диссертационной работы сведения об электрических свойствах нанокристаллических порошков диоксида циркония, а так же их температурных зависимостях могут быть использованы в разработке и развитии технологий по получению компактированных материалов.
Основные научные результаты и положения, выносимые
на защиту.
-
Экспериментальные результаты исследования барических и температурных зависимостей электросопротивления диоксида циркония, позволившие уточнить фазовую диаграмму этого материала.
-
Результаты исследования зависимостей электросопротивления от времени образцов диоксида циркония в области давлений фазового
перехода и экспериментально установленные закономерности изменения времен релаксации при приближении к точке фазового перехода. 3. Экспериментально установленные данные о зависимости величины давления фазового перехода от размеров кристаллитов исходного диоксида циркония.
Апробация работы. Результаты проведенных исследований
доложены на одиннадцати международных, всероссийских и
региональных конференциях и школах: «E-MRS Fall Meeting», Польша,
Варшава (2003 г.); «Всероссийская школа-семинар молодых ученых
«Физика фазовых переходов» г. Махачкала (2003 г.); «Региональная
школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых по
математике и физике» г. Уфа (2003 г.); «ФТТ-2003 Международная
научная конференция «Актуальные проблемы физики твердого тела» г.
Минск (2003 г.); «V Уральская школа-семинар металловедов и молодых
ученых» г. Екатеринбург (2003 г); «IV Молодежный семинар по
проблемам физики конденсированного состояния вещества» г.
Екатеринбург, ИФМ УрОРАН (2003 г); «V Всероссийская молодежная
конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и
наноэлектронике» г. Санкт-Петербург (2003 г); «III Международная
конференция «Фазовые превращения при высоких давлениях» г.
Черноголовка (2004 г.); «VIII международная конференция «Высокие
давления - 2004. Фундаментальные и прикладные аспекты» г. Донецк,
Украина (2004 г.); Ш-Международный научный семинар
«Наноструктурные материалы-2004», Минск, Беларусь (2004 г.); VI
Уральская школа-семинар металловедов и молодых ученых, г.
Екатеринбург (2004 г.), опубликованы в двух статьях [1,2] и двенадцати тезисах конференций [3-14].
Работа выполнена в научно-образовательном центре «Перспективные материалы» в рамках программы «Фундаментальные исследования и высшее образование» (Американский фонд гражданских исследований, Министерство образования и науки РФ и Правительство Свердловской области)
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы, изложена
