ЕЛЕКТРОКАЛОРИЧНИЙ ЕФЕКТ SM-ЛЕГОВАНОЇ БЕЗСВИНЦЕВОЇ КЕРАМІКИ 0,5BZT–0,5BCT

Анотація

Технології охолодження нині часто застосовуються в сфері національної безпеки, промисловому та сільськогосподарському виробництві, в біомедицині та повсякденному житті. Завдяки високій ефективності, екологічності й низькій вартості твердотільне охолодження на основі електрокалоричного ефекту (ЕКЕ) вважається досить перспективною технологією. Безсвинцева сегнетоелектрична кераміка (1–x)Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃–x(Ba_0.7Ca_0.3)TiO₃ (BZT–BCT) є перспективним матеріалом для електрокалоричного охолодження. У цій роботі кераміку 0,5BZT–0,5BCT, леговану Sm, виготовляли із застосуванням традиційного методу твердотільної реакції. Систематично досліджено вплив вмісту Sm (0, 1,0, 2,0, 2,5 й 3,0% (мол.)) на структуру фаз, діелектричні властивості, сегнетоелектричні та електрокалоричні характеристики кераміки 0,5BZT–0,5BCT. Результати показують, що всі зразки мають структуру чистого перовскіту без утворення жодної іншої вторинної фази. Всі безсвинцеві сегнетоелектричні керамічні зразки показали високу відносну густину, а також трансгранулярний злам без чітких меж зерен. Петлі сегнетоелектричного гістерезису кераміки стають тоншими зі збільшенням вмісту Sm. При цьому залишкова поляризація P_r зменшується, що вказує на утворення полярних нанообластей (PNR) у безсвинцевій кераміці BZT–BCT через легування Sm. Збільшення вмісту Sm призводить до зміни діелектричної проникності та електрокалоричної температури, які спочатку зростають, а потім зменшуються. Максимальна діелектрична проникність становить 5518 за умови вмісту самарію 2,5% (мол.), а максимальна зміна електрокалоричної температури ΔT_max = 0,109 К при 4 кВ/мм була зафіксована при вмісті Sm на рівні 2% (мол.). Відтак, відповідне легування Sm сприяє покращенню діелектричних, сегнетоелектричних та електротермічних властивостей безсвинцевої кераміки 0,5BZT-0,5BCT.