ТН/ № 9
Д. ф.-м. н. Михайлов
М.М., аспирант Утебеков Т.А.
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Исследование
оптических свойств смесей порошков BaTiO3 и ZrO2
различной концентрации
ВВедение
Порошки титаната бария модифицируют
различными элементами, замещающими катионы бария или титана с целью изменения
характеристик фазовых переходов (ФП) в температурной зависимости
электропроводности или диэлектрических свойств [1]. Такие порошки используются
во многих областях техники и, в частности, в качестве пигментов отражающих
покрытий со свойствами термостабилизации, в которых спектры отражения являются
одной из главных характеристик.
Целью
работы было исследование влияния концентрации микропорошков диоксида циркония на
спектры диффузного отражения смесей с порошком титаната бария, прогретых при
температуре 800оС.
Экспериментальная
часть
В исследованиях использовали порошок BaTiO3
промышленного производства КНР, полученный оксалатным способом и микропорошкок ZrO2 отечественного
производства марки ХЧ. Смеси порошков при концентрации диоксида циркония (СZrO2) 10, 20,
24 и 31 масс. % диспергировали в дистиллированной воде, перемешивали в
магнитной мешалке, выпаривали при температуре 150оС, перетирали и
прогревали 2 час при температуре 800оС.
Спектры диффузного отражения измеряли в
вакууме на месте облучения образцов (in situ) в установке «Спектр» [2] в
диапазоне 0,36-2,1 мкм. Погрешность определения коэффициента отражения
составляла 0,2-0,3 абс. % в области λ≤1,0 мкм и 2абс.% в более длинноволновой области.
Результаты
и их обсуждение
Из спектров диффузного отражения смесей
порошков, полученных при различной концентрации диоксида циркония следует (рис
1. а, б), что в области от края основного поглощения и до 1000нм коэффициент отражения покрытий на основе
смесей порошков с концентрацией диоксида циркония 20, 24 и 31 масс. % меньше,
по сравнению с коэффициентом отражения покрытий с наименьшей концентрацией
диоксида циркония, равной 10 масс. %. В более длинноволновой области спектра
(1000 - 2100нм) коэффициент отражения покрытия с СZrO2 = 10
масс. % меньше коэффициента отражения покрытий с концентрацией ZrO2 20 - 24
масс. %, но все еще больше по сравнению с покрытием с концентрацией диоксида
циркония 31 масс. %.
В разностных спектрах диффузного отражения
(∆ρλ), полученных вычитанием спектра отражения
покрытия с концентрацией диоксида циркония 10 масс. % из спектров отражения
покрытий на основе смеси порошков с концентрацией диоксида циркония 31 (1), 24
(2) и 20 (3) масс. %, появляется отчетливо выраженная полоса в УФ области с
максимумом при 400 нм и монотонные спектры со слабовыраженными максимумами в
области 460 - 2100 нм (рис. 1. в, г).
Отличие значений коэффициента отражения
(∆ρ) покрытий с различной концентрацией диоксида циркония в области
полосы при 400 нм достигает 35.5 %, в остальной области не превышает 8 %. Эта
область характерна тем, что в ней расположены полосы поглощения собственных
точечных дефектов диоксида циркония. Для моноклинной модификации, используемого
в настоящих исследованиях порошка, полоса поглощения междоузельных ионов
циркония расположена при 280 нм, полоса F-центров при 390 нм, полоса F+-центров
при 640 нм [1].
Рисунок 1. Спектры диффузного
отражения (а, б) покрытий на основе прогретых смесей порошков BaTiO3+ZrO2 (а - микропорошок, б -
нанопорошок) при концентрации диоксида циркония, масс. %: 10 (1), 20 (2), 24 (3)
и 31 (4).
Разностные спектры диффузного отражения (в, г), полученные вычитанием спектров отражения покрытий на основе смесей порошков BaTiO3+ZrO2 с концентрацией диоксида циркония 34 масс. % из спектров покрытий с концентрацией диоксида циркония 30 (1), 20 (2) и 10 (3) масс. %. (в- микропорошок, г - нанопорошок).
Вместе с тем, в этой же области
регистрируется и полоса поглощения при 400 - 420 нм облученного электронами
порошка титаната бария, которая, по аналогии со спектром поглощения диоксида
титана, может быть приписана дефектам анионной подрешетки. Небольшая полуширина
и закономерности её изменения позволили отнести её к полосе типа α-полосы
в ЩГК [3].
С учетом того, что при увеличении
концентрации диоксида циркония или уменьшении концентрации титаната бария в
смесях порошков интенсивность этой полосы уменьшается, с большей вероятностью
можно принять, что эта полоса определяется дефектами анионной подрешетки
титаната бария.
Изменения
коэффициента отражения в области 500 - 2100 нм, судя по монотонному характеру и
отсутствию полос поглощения, могут быть обусловлены изменениями показателя
рассеяния, определяемого гранулометрическим составом порошков.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При изменении концентрации диоксида
циркония спектры диффузного отражения смесей порошков титаната бария и диоксида
циркония изменяются, как за счет изменения спектров поглощения в областях полос
поглощения собственных дефектов, так и за счет монотонного изменения спектров
рассеяния.
Увеличение коэффициента отражения в областях
360 - 500 нм и 500 - 2100 нм с увеличением концентрации порошка диоксида
циркония (уменьшением концентрации порошка титаната бария) в смесях порошков определяется
уменьшением интенсивности поглощения α-полосы (380 - 400 нм), междоузельных
атомов титана (600нм), F-центров (800 -
1200нм), и F+-центров (1700 - 1800нм) в титанате бария.
Список литературы
1.
Полупроводники на основе
титаната бария. Пер.с яп. Реута И.Б. Энергоиздат, 1982, 328 с.
2.
Косицын Л.Г., Михайлов М.М Дворецкий М.И. и др. Установка для исследования спектров диффузионного
отражения и люминесценции твердых тел в вакууме // ПТЭ, 1985, №4, с. 176-180.
3.
Михайлов М.М., Власов В.А.
О размерном эффекте оптических свойств порошков TiO2. // Изв.
Вузов. Физика, 1998, т. 41, № 12,с. 52-58.