aЦентрална лаборатория по минералогия и кристалография - БАНbИнститут по физика на твърдото тяло - БАН

cЦентрална лаборатория по оптичен запис и обработка на информация - БАН dЮгозападен университет Благоевград

Б. Михайловаa, М. Господиновb, Л.Константиновa, О. Петровa, Вл. Костов-Китинa, Юр. Кълвачевa, М. Тарасовa, В. Мариноваc,

Ст. Фердовa, Д. Дошковаd, М. Велеваb,

II-во координационно съвещание “Европейски измерения на ННП”-во координационно съвещание “Европейски измерения на ННП”

Наноструктурни ферити, дизайн и структурен анализ на наноразмерни области

(Договор No НТ 1-02)

Два основни типа материали с важно технологично значение

Релаксорни фероелектрициРелаксорни фероелектрици

Микропорести титано- и цирконосиликатиМикропорести титано- и цирконосиликати

Огромна диелектрична проницаемостОгромна диелектрична проницаемост• пироелектрични детектори• керамични кондензатори

изолационен слой в микроелектроникатаизолационен слой в микроелектрониката динамична динамична RAMRAM

Периодична пореста структура, Периодична пореста структура, 0.0.55-2.0 nm-2.0 nm • сорбционност, йонен обмен и сепарация• каталитична активност и селективност оптоелектроника и нелинейна оптикаоптоелектроника и нелинейна оптика

батерии и магнитни материалибатерии и магнитни материали

параметри на синтезпараметри на синтез нано-размерна структура нано-размерна структура оптимизирани макрооптимизирани макросвойствасвойства

Нови мултифункционални материалиНови мултифункционални материали

Цели:Цели:

Интеграционният подход : основен в съвременната наука за материалите

Нашият колектив:Физици Химици

Кристалографи

• Синтез на серии от материалиСинтез на серии от материали• Структурен анализ на нано-скопично ниво: Комбинирано прилагане наСтруктурен анализ на нано-скопично ниво: Комбинирано прилагане на

дифракционни и спектроскопски методидифракционни и спектроскопски методи

Аномалии в атомните трептенияАномалии в атомните трептения

Атомни подредби в Атомни подредби в

пространствени области пространствени области ll < 10 nm < 10 nm,, с време на живот с време на живот tt ~ ~ ss))

(ТЕМ, ЯМР, ИЧ със синхотронно лъчене и др.: в сътрудничество (ТЕМ, ЯМР, ИЧ със синхотронно лъчене и др.: в сътрудничество с научно-изследователски групи от Германия, Австрия, Белгия, Чехия)с научно-изследователски групи от Германия, Австрия, Белгия, Чехия)

Релаксорни фероелектрициРелаксорни фероелектрици: : моделиране на фононните аномалиимоделиране на фононните аномалии

250 300 350 400

Raman shift / cm-1

Calculated Raman scattering profile

shorter correl. length

longer correl. length

local double-well potential

randomup & down

preferredup or down

[111 ]

}

B

2 D P b-O system

a0

2a0

[111]

[111]

Pb

Pb

O

O

B

B

mPm3

mFm3

single

double

МонокристалиМонокристали от типа (от типа (PbPb,,А”А”))ScSc0.50.5(Nb,Ta)(Nb,Ta)0.50.5OO33

PSTPSTPSNPSN

2 mm

Композиционен безпорядък Композиционен безпорядък сложна нанодоменна структурасложна нанодоменна структура

Кристален разтеж във високо-темп. pазтвориТini ~ 1300 °C, vcool ~ 0.5 °/h

Релаксорни фероелектрици: ефект на дотиране в Релаксорни фероелектрици: ефект на дотиране в BB--позициятапозицията

F2g (Pb-localised) T = 10 K

PbSc0.5Ta0.5O3, Nb-doped PbSc0.5Ta0.5O3, PbSc0.5Nb0.5O3

F2u, anomalous splitting at RT due to co-existence of spatial regions with random and preferred Pb shifts

Temperature / °C

-50 0 50 100 150 200 250 300 350

1.104

2.104

3.104

4.104

Die

lect

ric

cons

tant

Микропорести титано- и цирконосиликати. Безтемплетен синтезМикропорести титано- и цирконосиликати. Безтемплетен синтез

Хидротермален синтез при температури междуХидротермален синтез при температури между 9 900°C°C и 200и 200°C°C, , в системи в системи

NaONaO22 – TiO – TiO22 – SiO – SiO22 – H – H22OO и и NaONaO22 – ZrO – ZrO22 – SiO – SiO22 – H – H22OO

без добавка на оскъпяващи процеса органични темплети без добавка на оскъпяващи процеса органични темплети

• Вариране на композиционния състав на изходните гелове Вариране на композиционния състав на изходните гелове • Различни наноразмерни прекурсорни клъстъри Различни наноразмерни прекурсорни клъстъри

• Различни топологични структури на крайните продукти:Различни топологични структури на крайните продукти:33DD плътни - плътни - 22DD слоисти - слоисти - 33DD микропорести микропорести

нано-размерен GTS-1

Crystallite size ~ 11 nmCrystallite size ~ 11 nm

Нови методи за синтез на Нови методи за синтез на

JDF-L1

20 m

Zr-съдържащ кеянит

10 m

Наноразмерни структурни преобразувания вНаноразмерни структурни преобразувания в слоистслоист JDF-L1 JDF-L1

JDF-L1

dense

layered

Three-stage transformationsThree-stage transformations ::• decrease of the interlayer spacing + local topological changes

• collapse of the structure defect-rich microcryst. SiO2 + non-cryst. Na2O-TiO2-SiO2 + nucleation of narsarsukite • devitrification narsarsukite

Нови микропорести цирконосиликатни фазиНови микропорести цирконосиликатни фази

Ba-Na-zirconosilicate, MCV-2Ba-Na-zirconosilicate, MCV-2

10 m

Single crystal diffraction analysis

Small-size channels: along [100], d ~ 2.9 3.2 Å along [110], d ~ 4.4 5.4 Å

Novel Na-zirconosilicatesNovel Na-zirconosilicates

A: Na2Zr7Si2.5O20.3H2O

B: Na4Zr2Si5O16.3H2O

C: Na8Zr3Si6O22A

B

C

A: layeredA: layered B: microporousB: microporous C: denseC: dense

Настояща и бъдеща дейност: Настояща и бъдеща дейност:

Релаксорни фероелектрици:Релаксорни фероелектрици:

• PbSc0.5Ta0.5O3 синтезирани в H2 и O2 поток: O-O-ваканции – поларни клъстъриваканции – поларни клъстъри

• PbxА”1-xSc0.5Ta0.5O3 и PbxА”1-xSc0.5Ta0.5O3:

дефекти в дефекти в АА-позициите – поларни клъстъри-позициите – поларни клъстъри• in situ измервания при високи налягания и външно електрично поле:

фероеластични домени – поларни клъстърифероеластични домени – поларни клъстъри

Микропорести титано и цирконосиликати:Микропорести титано и цирконосиликати:

• прекурсорни нано-клъстъри в изходните гелове (Raman, ИЧ, ЯМР)

• уточняване на структурата на нови кристални фази (Ритфелд, ТЕМ)

• термично-индуцирани структурни модификации в цирконосиликати

10 публикации в международни и 3 в български научни списания10 публикации в международни и 3 в български научни списания

Ново поколение материали за Ново поколение материали за RAMRAM::Релаксори в матрица с подредена пореста структура. Релаксори в матрица с подредена пореста структура.

Благодарности заБлагодарности за

финансовата подкрепа от НСНИ – МОН, Договор финансовата подкрепа от НСНИ – МОН, Договор No No НТНТ 1-02 1-02

Благодаря за вниманието!