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 800^оС.

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 (С_ZrO2) 10, 20, 24 и 31 масс. % диспергировали в дистиллированной воде, перемешивали в магнитной мешалке, выпаривали при температуре 150^оС, перетирали и прогревали 2 час при температуре 800^оС.

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 С_ZrO2 = 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 (∆ρ_λ), 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.