مرزدانه ها در سرامیک های PLZT

نویسنده: کینگری یین، بینجی زو، هورونگ زنگ
مترجم: حبیب الله علیخانی
اچ شیمیایی برای بررسی حالت انرژی مربوط به ناحیه ی مرزدانه ای، استفاده می شود. نمونه های پولیش داده شده در دمایی 50 تا 100 درجه زیر دمای زینترینگ و به مدت چند دقیقه، آنیل می شوند. با تهییج گرمایی، مهاجرت جرمی از ناحیه ی با انرژی بالاتر به ناحیه ی با انرژی پایین تر اغلب با تبخیر و رسوب دهی ، همراه است و این مسئله منجر به تغییر در مورفولوژی و مراحل رشد سطح پولیش خورده، می شود. مورفولوژی های مختلف بعد از اچ گرمایی حالت های انرژی مختلفی ایجاد می کند و بدین صورت گرادیان انرژی و کرنش قابل توجهی در ساختار ایجاد می شود. همانگونه که در شکل 1 و 2 مشاهده می شود، سوراخ های اچ مختلفی درهر دانه ایجاد می شود و مورفولوژی از دانه به دانه ی دیگر، متفاوت است. علت این مسئله، این حقیقت است که محور نوری با جهت گیری کریستالی در ارتباط است و دانه ها به صورت تصادفی جهت گیری کرده اند. جهت گیری تصادفی مربوط به دانه ها، همچنین با نگاه بر روی سطح کریستال ها مشهود است (شکل 3). شکل 4 نشاندهنده ی رابطه ی میان سوراخ های اچ و جهت گیری دانه ها، می باشد. شکل 1 و 2 نشاندهنده ی ناحیه ی مسطح بدون سوراخ مربوط به اچ، در نزدیکی مرزدانه ها، می باشد. عرض مرزدانه ها چندین نانومتر است در حالی که ناحیه ی تحت تأثیر مرزدانه می تواند 500 تا 1500 نانومتر عرض داشته باشد. عرض مرزدانه ی مؤثر برابر است با ناحیه ی عدم تطابق میان دانه ها بعلاوه ی ناحیه ی بار فضایی بر روی دو سمت مرزدانه ها.
این اعتقاد وجود دارد که ناحیه ی مسطح نشان داده شده در شکل 1 معادل عرض مرزدانه ی مؤثر می باشد. این مشاهده می شود که ناحیه ی مسطح اندکی از مرزدانه ای به مرزدانه ی دیگر، تغییر می کند. بعد از اچ گرمایی در اتمسفر سربی، رسوب دهی اکسید سرب در ناحیه ی مرزدانه ای مربوط به سرامیک های PLZT مشاهده می شود (شکل 5). این تصویر نشاندهنده ی این است که انرژی بالا در مرزدانه ها، منجر به تسهیل جوانه زنی می شود. پدیده ی مشابهی در فلزات نیز مشاهده می شود. همانگونه که در بالا بدان اشاره شد، در بالای دمای T_i، وقتی میدان الکتریکی حذف می شود، فاز فروالکتریک به فاز غیر فروالکتریکی تبدیل می شود. بنابراین، سرامیک در حالت خاموش به صورت غیر دمینی تبدیل می شود. به هر حال، ناحیه ی مرزدانه ها هنوز رنگ روشن دارد و دارای دمین های باقیمانده است. این مسئله نشاندهنده ی تفاوت خواص میان دانه و مرزدانه ها می باشد (شکل 6 و 7). این مسئله همچنین کشف شده است که دمین های فروالکتریکی تنها در داخل دانه ها، ادغام می شوند و مرزدانه ها، فاز غیر فروالکتریک هستند یعنی دو فاز در یک دانه (مشابه شکل 8). از آنجایی که سرامیک های PLZT حساسیت بالایی به تنش دارند، حالت تنش در ناحیه ی مرزدانه ای محدود به استحاله ی فازی است و این مسئله در سایر مواد حساس نیز مشکل آفرین نیست. نواحی اعوجاج دار و مسطح در نزدیکی مرزدانه ها مشهود است (شکل 9). اتصال دیواره ی دمین (شکل 9b) و عدم پیوستگی اتصال (شکل 10)، در نزدیکی مرزدانه ها، نیز مشاهده می شود. نتایج نشان می دهد که شدت میدان اعمالی می تواند موجب بروز استحاله ی فازی شود و این مورد با اندازه ی دانه و حالت چفت شدن آنها در ارتباط است. با استفاده از الکترودهای رسوب داده شده به صورت لایه ی نازک، میدان الکتریکی می تواند موجب بزور استحاله ی فازی شود. بخش مورد نظر رنگ تیره دارد (قبل از استحاله ی فازی) و بعد از استحاله به رنگ روشن تبدیل می شود. جدول 1 نشاندهنده ی شدت میدان مختلف برای اندازه ی دانه ی و حالت چفت شدن مختلف می باشد. Zhiwen Yin از انستیتوی سرامیک شانگهای چین، سرامیک های PLZT را مورد بررسی قرار دادند. با توجه به بررسی های انجام شده بوسیله ی تفرق الکترونی، این فهمیده شده است که این دمین های میکرویی دارای ساختار مشابهی هستند مشابه با فاز بتا. آنها فهمیدند که مرزدانه های آمورف در این سرامیک های PLZT بسیار نازک هستند و عرض آنها در حدود 0.6 نانومتر است.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Microstructure, property and processing of functional ceramics/ Qingrui Yin, Binghe Zhu, Huarong Zeng