Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
2. Кристаллы искусственного кварца, полученные в технологических режимах, обеспечивающих концентрацию н. п. в кристалле ^lO9 частиц-см~3, не изменяют электрических характеристик, в том числе значений Е, под действием электролиза, проводимого в режиме: ?—1,5 kB/см, T 670—770 К, ч. Это может быть результатом существенного пониженного содержания электрически активных щелочных ионов в исходных кристаллах и результатом подавления миграции щелочных ионов неструктурной примесью.
Широкий спектр увеличенных по сравнению с исходными значений E получается для кристаллов кварца и в результате радиационного воздействия (рис. 41 и табл. 12). При этом, как и в случае электролизованных кристаллов, радиационно-стиму-лированное увеличение энергии активации обратимо: по прошествии определенного времени, которое резко уменьшается с повышением температуры, исходные значения E восстанавливаются (в тех случаях, когда речь идет об ионизационном воздействии радиации).
Экспериментально показано также, что устойчивость электрических характеристик кристаллов искусственного кварца к воздействию радиационного облучения возрастает с повышением концентрации н. п. Наибольшей устойчивостью значений р и E
135 Таблица 12
Зависимость величины энергии активации (E) процесса электропроводности кварца от дозы v-обяучення _
Тип кварца
Искусственный кварц
Интегральная доза Y-облучення (источник Со6') Кл кг
Е. 1021Дж
До облучения 2,6 2,6
2,6 1,3
2,6 2,6 1,3
102
103
103
104
105
200 200 210 220 250 270 305 350
Тип кварца
Интегральная доза у-облучения (источник Со") Кл, кг
Природный кварц (Украинское месторождение)
До облучения 2,6 9,5 2,6-IO2 2,6-103 1,3-Ю5
обладают кристаллы, не изменяющие этих характеристик под воздействием высокотемпературного электролиза.
Из вышеизложенного следует, что установлена аналогия в изменении электрических характеристик искусственного кварца при столь различных факторах воздействия, как электролиз, ионизирующая радиация, а также повышение скорости или снижение температуры кристаллизации. Феноменологически общей во всех этих случаях причиной является макроскопическая неоднородность реальных кристаллов кварца, создаваемая в процессе выращивания или обусловленная перераспределением щелочных ионов в процессе воздействия ионизирующей радиации или электролиза.
Влияние условий роста на пьезо- и диэлектрические характеристики кристаллов
Проведенные многочисленные исследования диэлектрических свойств синтетического кварца в широком температурном (200— 1500 К) и частотном (0,1—10 МГц) диапазонах позволили установить, что кристаллы, выращенные в щелочных системах, характеризуются наличием температурно-частотных максимумов диэлектрических потерь (tgo) релаксационного типа, сопровождающихся дисперсией диэлектрической проницаемости (є'). В случае синтетического кварца имеет место зависимость температуры и частоты максимумов tgo от скорости роста и температуры кристаллизации, а также от примесного состава. Различия в примесном составе обусловливаются и разной природой щелочных ионов, ответственных за диэлектрические потери в кварце; в природном кварце — обычно ионы лития, а в синтетическом ионы натрия играют роль зарядовых компенсаторов при изоморфизме Al3+—"Si4+ Выше уже отмечалось, что если для низкотемпературной области (tgo—Ю-4—Ю-5, ?<0,1 эВ) максимумы диэлектрических потерь могут интерпретироваться в рамках дипольно-релаксационной модели Д. Дебая с длиной диполя =0,1 нм, то 136 высокотемпературные максимумы должны рассматриваться с учетом неравновесного распределения зарядов по объему. Среди известных механизмов диэлектрических потерь в кварце наиболее хорошо изучены деформационные и миграционные потери. При температурах ниже 150 К по результатам измерений tg6 (T) на частоте 32 кГц были идентифицированы два максимума 38 К и 95 К в кристаллах, выращенных из раствора NaOH. Поэтому эти максимумы были связаны с ионами натрия, приуроченными к структурным дефектам определенного типа. По данным изучения кристаллов, выращенных в других системах, а также по результатам опытов по замене одних щелочных ионов другими в процессе электролиза было установлено, что пик 60 К связан с ионами лития, а 140 К — с ионами калия.
Поскольку для этих пиков наблюдалось смещение к низким температурам при понижении частоты измерения, то не было сомнений в возможности расчетов параметров в рамках данной модели. Оказалось, что т0~Ю~13 для всех ионов, а энергия активации переориентации диполей составляют 0,089 (для Li+),0,055 и 0,14 (для Na+), 0,21 эВ (для K+). Имеется сильная анизотропия диэлектрических потерь. Рассматривая низкотемпературные потери в дебаевском приближении, можно рассчитать дебаевский момент (р) по стандартным формулам:
.Jt Лешт E . AnfNpi
ig"=-п—і—мгі T = T0 exp-; Ae =—
800(1 +-w2t2) v kT ' 3kT
8.
Тогда p2 = 6,3-Ю19—?06m (т. е. потери в максимуме). Оказалось, что момент в дебаевских единицах равен: 0,3—0,4 (для 60 К пика), 1,5—2 (38 К), (95 К).
