Влияние добавки титаната бария на фотоэлектрический отклик сегнетокерамики на основе KNN
- 1,2,3 Волгоградский государственный технический университет (г. Волгоград, Россия)
Аннотация
Постановка проблемы. Большинство пьезоэлектрических материалов не взаимодействуют с видимым светом, в связи с этим поиск модифицированных материалов эффективного фотоэлектрического преобразования энергии при воздействии света является актуальной задачей. Практический интерес представляют бессвинцовые сегнетопьезокерамики на основе ниобата калия-натрия (KNN), модифицированные ВaTiO3, которые кроме высоких диэлектрических и пьезоэлектрических характеристик перспективны в получении высокого коэффициента фотоэлектрического преобразования.
Цель. Исследовать влияние добавок BaTiO3 на поведение фототока в короткозамкнутых образцах сегнетокерамики на основе KNN при освещении их белым светом при комнатной температуре.
Результаты. Исследовано возникновение фототока в короткозамкнутых образцах сегнетопьезокерамики KNNS7–xBаTiO3, облученных неполяризованным светом оптического диапазона малой интенсивности при комнатной температуре. Выявлено, что увеличение концентрации ВaTiO3 приводит к росту значений фототока и длительности установления его стационарного значения. Измерены диэлектрические характеристики материала и их стабильность во времени. Обнаружено влияние обработки образцов сильным синусоидальным электрическим полем на стабильность характеристик фототока.
Практическая значимость. Полученные результаты могут послужить основой для дальнейшей разработки сегнетоэлектрических материалов с балансом высоких сегнетоэлектрических свойств и наличием узкой запрещенной зоны для улучшения фотоэлектрического преобразования энергии.
- Поступила
- 04.12.2025
- Одобрена
- 08.02.2026
- Принята
- 01.09.2026
Для цитирования
Сопит А.В., Жога Л.В., Аль Саиди С.Р. Влияние добавки титаната бария на фотоэлектрический отклик сегнетокерамики на основе KNN // Электромагнитные волны и электронные системы. 2026. Т. 31. № 5. С. 5−14. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202605-01
Список источников
- Whatmore R.W., Bell A.J. Pyroelectric ceramics in the lead zirconate-lead titanate-lead iron niobate system // Ferroelectrics. 1981. V. 35. № 1. P. 155–160. DOI 10.1080/00150198108017679.
- Lian J., Shiosaki T. Pyroelectric properties of Pb[Zr, Ti, (Zn, Nb)]O3 solid solution ceramics // Ferroelectrics. 1991. V. 118. № 1. P. 135–141. DOI 10.1080/00150199108014754.
- Kumar P., Sharma S., Thakur O.P., Prakash C., Goel T.C. Dielectric, piezoelectric and pyroelectric properties of PMN–PT (68:32) system // Ceramics International. 2004. V. 30. № 4. P. 585–589.
- Saito Y., Takao H., Tani T., Nonoyama Т., Takatori K., Homma T., Nagaya T., Nakamura M. Lead-free piezoceramics // Nature. 2004. V. 432. № 7013. P. 84–87. DOI 10.1038/nature03028.
- Mgbemere H.E., Schneider G.A., Stegk T.A. Effect of antimony substitution for niobium on the crystal structure, piezoelectric and dielectric properties of (K0.5Na0.5)NbO3 ceramics // Functional Materials Letters. 2010. V. 3. № 1. P. 25–30. DOI 10.1142/ S1793604710000841.
- Smeltere I. Lead-free ferroelectric ceramics based on alkali niobates. Summary of the doctoral thesis. Riga: RTU. 2012. 27 p.
- Gong Y., Yang G., Li X., Gong L., Li L., Peng J., Zheng X. Piezoelectric properties and aging mechanism of K0.5Na0.5Nb(1−y)SbyO3 piezoceramics prepared by low temperature solvothermal method // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2012. V. 23. № 10. P.1910–1915. DOI 10.1007/s10854-012-0879-2.
- Kaushiga C., Sakhuja S., Devasaia R., Kaarthik J., Sradha G., Reddy S.G., Annapureddy V. Lead-free Sb-modified potassium sodium niobate ceramics for enhanced energy harvesting and superior performance in piezoelectric transducers for ultrasonic inspection // Applied Physics A: Materials Science & Processing. 2025. V. 131. № 2. P. 118. DOI 10.1007/s00339-024-08234-8.
- Smeltere I., Bormanis K., Sopit A.V., Burkhanov A.I. Dielectric response in (K0.5Na0.5) (Nb1-xSbx)O3+0.5 mol%MnO2 ceramics to weak sinusoidal fields of low and infra-low frequencies // Integrated Ferroelectrics. 2011. V. 123. № 1. P. 108–112. DOI 10.1080/ 10584587.2011.570659.
- Park H.-Y., Ahn Ch.-W., Song H.-Ch., Lee J.-H., Nahm S., Uchino K., Lee H.-G., Lee H.-J. Microstructure and piezoelectric properties of 0.95(Na0.5K0.5)NbO3- 0.05BaTiO3 ceramics // Applied Physics Letters. 2006. V. 89. № 6. P. 062906. DOI 10.1063/ 1.2335816.
- Lin D., Kwok K.W., Chan H.L.W. Structure, dielectric, and piezoelectric properties of CuO-doped K0.5Na0.5NbO3-BaTiO3 lead-free ceramics // Journal of Applied Physic. 2007. V. 102. № 7. P. 074113. DOI 10.1063/1.2787164.
- Brody P.S., Rod B.J. Photovoltages in ferroelectric films // Integrated Ferroelectrics. 1992. V. 2. № 1-4. P. 1–11.
- Thakoor S., Olson E., Nixon R.H. Optically addressed ferroelectric memory and its applications // Integrated Ferroelectrics. 1994. V. 4. № 3. P. 257–269. DOI 10.1080/10584589408017029.
- Леманов В.В., Сотников А.В., Юшин Н.К. Термосегнетооптическая запись информации в сегнетоэлектрических пленках // Письма в журнал технической физики. 1993. Т. 19. №. 1. С. 61–64.
- Магомадов Р.М. Фотоэлектрические, кинетические явления и эффекты памяти в сегнетоэлектриках, пьезоэлектриках и сегнетоэластиках: автореф. дис.... докт. физ.-мат. наук. Грозный. 2013. 25 с.
- Birol H., Damjanovic D., Setter N. Preparation and characterization of (K0.5Na0.5) NbO3 ceramics // Journal of the European Ceramic Society. 2006. V. 26. № 6. P. 861–866. DOI 10.1016/j.jeurceramsoc.2004.11.022.
- Федоров К.А., Мухин Н.В., Афанасьев В.П. Неразрушающее оптическое считывание информации в конденсаторной структуре сегнетоэлектрик-полупроводник // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2010. Т. 10. № 1-2. С. 46–49.
- Lu Ch., Zhao Ye., Zhang Q., Li Sh., Li P., Guo Yu., Li Y., Zhang L., Hao X. Photochromic and luminescent modulation behaviors in K0.5Na0.5NbO3-based ferroelectric transparent ceramics // Journal of Materials Science. 2025. V. 60. № 37. P. 16779–16789. DOI 10.1007/s10853-025-11410-7.
- Сопит А.В., Жога Л.В., Диков Р.В., Коренева В.В. Зависимость стационарного тока в сегнетокерамике ВРТС от легирования кобальтом при воздействии излучения оптического диапазона // Инженерный вестник Дона. 2022. № 8(92). С. 38–48.
- Ярмаркин В.К., Гольцман Б.М., Казанин М.М., Леманов В.В. Барьерные фотовольтаические эффекты в сегнетоэлектрических тонких пленках PZT // Физика твердого тела. 2000. Т. 42. № 3. С. 511–516.
- Жирков А.В., Сидоркин А.С., Воротников Е.В., Бурханов А.И. Дисперсия диэлектрической проницаемости в сегнетоэлектрической керамике (K0.5Na0.5)NbO3 модифицированной BaTiO3 // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2019. Т. 83. № 9. С. 1229–1231. DOI 10.1134/S036767651909031X.
- Солнышкин А.В. Пироэлектрический и фотовольтаический эффекты в неоднородных сегнетоэлектрических структурах: автореф. дис.... докт. физ.-мат. наук. Тверь. 2012. 34 с.
- Фридкин В.М., Попов Б.Н. Аномальный фотовольтаический эффект в сегнетоэлектриках // Успехи физических наук. 1978. Т. 126. №. 4. С. 657–671. DOI 10.3367/UFNr.0126.197812f.0657.
- Жога Л.В., Жога В.В., Нестеров В.Н., Терех В.В., Дмитрук М.И. Исследование скачков случайного характера, возникающих при электромеханическом нагружении сегнетокерамики // Нелинейный мир. 2012. Т. 10. № 9. С. 585–590.
- Жога Л.В., Жога В.В., Нестеров В.Н., Терех В.В., Габриэлян А.В. Исследование токов поляризации при одновременном действии электрического поля и механических напряжений в сегнетокерамике методом компьютерного моделирования движения доменных стенок // Электромагнитные волны и электронные системы. 2012. Т. 17. № 8. С. 67–72.
- Burkhanov A.I., Zhirkov A.V., Laletin R.A., Bormanis K., Smeltere I. Dielectric properties of (K0.5Na0.5)(Nb0.93Sb0.07)O3 ferroelectric ceramics modified with BaTiO3 // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2016. V. 80. № 9. P. 1084–1088. DOI 10.3103/S1062873816090069.
- Al Saedi S.R., Burkhanov A.I., Bormanis K. Repolarization processes in lead-free KNN ceramics // Ferroelectrics. 2022. V. 591. № 1. P. 1–6. DOI 10.1080/00150193.2022.2041916.
- Burkhanov A.I., Al Saedi S.R., Bormanis K. Photoelectric properties of KNN ceramics // Ferroelectrics. 2022. V. 591. № 1. P. 26–32. DOI 10.1080/00150193.2022.2041919.
- Рывкин С.М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках. М.: Физматгиз. 1963. 497 с.