Актуально: пьезоэлектрическое оборудование, датчики, исследование материалов
Рентгенодифракционное исследование фазового перехода фосфата галлия в естественных условиях
1. Введение
Из-за сильной устойчивости α-фазы и большего коэффициента электромеханической связи по сравнению с кварцем и берлинитом гомеотипический кварц GaPO4 был признан одним из наиболее перспективных пьезоэлектриков, позволяющим расширить кварцевые технологии до более высоких температур, а также до большей ширины полосы частот. К его наиболее привлекательным свойствам относятся: большая постоянная пьезоэлектрического напряжения d11 и термическая стойкость при переходе фазы от α-кварца к β-кристобалиту, делая его серьезным кандидатом на применение в датчиках, в частности, в качестве датчика давления в двигателях внутреннего сгорания. Предыдущие исследования показали несоответствие заявленных температур фазового превращения при необратимом переходе от α-кварца к β-кристобалитоподобной фазе и последующем обратимом переходе от высокой/низкой кристобалитоподобной фазы (1,2).
Рисунок 1: Интенсивность наиболее сильного отражения HT-фазы при необратимом переходе от α-кварца к β-кристобалитоподобной фазе (три измерения).
2. Эксперимент и результаты
Температурные эксперименты с поликристаллическим кварцем GaPO4 проводили на порошковом рентгеновском дифрактометре, оснащенном высокотемпературной печной камерой HTK 1200 (3): излучение CuΚα, ширина шага 0,03° 2θ, шаг температуры 5 °C или 10 °C и 30 минут выдержки при каждом значении температуры.
Рисунок 2: Необратимый переход от α-кварца к β-кристобалитоподобной фазе, сопровождающийся переориентациями в поликристаллическом образце в начале фазового перехода.
Кривая калибровки температуры для печной камеры HTK 1200 была получена путем визуального контроля точек плавления Au, Ag, KCl, Zn и Sn соответственно. Измерения не согласуются со значениями, указанными в (1), но подтверждают значения, указанные в (2).
Рисунок 3: Отсутствие отражений высокой кристобалитоподобной фазы при 950 °C в течение 100 часов свидетельствует о термической устойчивости α-кварцподобной фазы вплоть до этой температуры.
Рис. 4. Гистерезис 40 °C наблюдается при обратимом переходе от высокой/низкой кристобалитоподобной фазы.
Данные подготовлены:
П. Ворш2, Б. Коппельхубер-Битшнау1, Ф. А. Маутнер1, П. В. Кремпль2 и В. Вальнёфер2
1Институт физической и теоретической химии Технологического университета, Техникаштрассе 4, A-8010 Грац, Австрия
2Компания «AVL List GmbH», Ханс Лист Плац 1, A-8020 Грац, Австрия
