сложнооксидные системы как основа для создания элементной базы в устройствах экологического мониторинга окружающей среды

Интерес исследователей к оксидным материалам и сложнооксидным системам объясняется уникальным набором их физико-химических свойств, широким распространением в природе и относительной дешевизной получения. Для сложнооксидных систем характерно наличие различных структурных дефектов, которые существенно зависят от состава исходных оксидов, давления и температуры синтеза. При одновременном соединении двух или нескольких оксидов возникает ряд новых структурных типов, которые могут отличаться от структуры простых оксидов и приводят к появлению новых электрофизических свойств. Оксиды успешно применяются в качестве материалов для изготовления элементов первичных измерительных преобразователей различных величин (сенсоров), термисторов, которые в свою очередь используются в системах мониторинга окружающей среды, в устройствах защиты людей от вредного влияния техногенных факторов.

В результате проведенных исследований мы установили влияние состава исходной шихты, технологических режимов синтеза на электрофизические свойства керамики. В качестве исходных материалов нами были выбраны оксиды титана, алюминия, кремния, никеля, олова, были исследованы образцы глины двух различных месторождений. Необходимо было определить технологические режимы формирования керамики, которая послужит основой для создания новой элементной базы радиотехнических устройств. Для таких материалов необходимо обеспечить определенные значения параметров: диэлектрическую проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь, удельное электрическое сопротивление, пористость.

В практической части нашей работы мы исследовали следующие составы с различным соотношением частей: Al₂О₃·SiO₂; NiО·TiO ₂; глина природная; NiО·SnO₂.

Образцы мы получали предварительным смешиванием исходных порошков. Механический метод смешивания исходных компонентов проводят в лопастных, пропеллерных и бегунковых смесителях. Высокая степень гомогенности шихты достигается при совместном помоле компонентов смеси в помольной аппаратуре. Такое совмещение процессов смешивания и измельчения значительно упрощает технологию приготовления керамической массы. Для этих целей чаще всего используют шаровые мельницы. Существуют сухой (безводный) и мокрый (с добавлением воды в мельницу) способы смешивания [1, с. 332].

Мы использовали сухое смешивание, которое удобнее мокрого, так как отпадает необходимость дополнительных операций обезвоживания и сушки готовой шихты, что уменьшает вероятность изменения заданного состава шихты. Прессование проводили на ручном прессе под давлением 120 кг/см². Далее заготовки спекали в печи при температуре от 700 до 1100^оС.

Исследования свойств образцов мы выполняли с использованием имеющейся аппаратуры. Емкость и тангенс угла диэлектрических потерь изготовленных образцов измеряли на приборе E7-8 «Измеритель L,C,R цифровой». Для определения относительных свойств изготовленных образцов предварительно были измерены толщины образцов. Относительная диэлектрическая проницаемость определялась согласно ГОСТ 22372-77, при измерении использовали двухэлектродную систему измерения. Результаты испытаний приведены в таблице.

Таблица

Из анализа видно, что наибольшую относительную диэлектрическую проницаемость имеют образцы состава Al₂O₃ · SiO₂ (3:1) и NiO · SnO₂ (1:2). Такие материалы могут быть использованы при создании сенсоров емкостного типа.

Наибольшее значение тангенса угла диэлектрических потерь выявлено у материалов следующего состава NiO · SnO₂ (1:2) и NiO · TiO₂ (1:1). Такие материалы можно рекомендовать для формирования поглотителей электромагнитного излучения.

В дальнейших работах мы планируем более углублено изучить структуру и свойства полученных материалов, создать новые образцы с улучшенными характеристиками.

Литература:

1. Таиров Ю.М., Цветков В.Ф. Технология полупроводниковых и диэлектрических материалов: Учеб. для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1990.- 423 с.: ил.