The aim of doctoral dissertation „Grain Size Effect on Dielectric Properties of Ferroelectrics and Relaxors“ by Maksim Ivanov is to investigate, how grain size of ceramics and powders of a few ferroelectrics and relaxors influences macroscopic dielectric properties. The studied materials are powders of a relaxor PbMg⅓Nb⅔O3 (PMN), ceramics of a relaxor with a spontaneous phase transition PbSc½Nb½O3 (PSN), ceramics of a ferroelectric 0.36BiScO3-0.64PbTiO3, and ceramics of Ba2SnO4, which were compared to a better investigated BaSnO3. Investigations were performed in broad frequency (100 Hz – 55 GHz) and temperature (30 K – 1000 K) ranges. Experimental investigations and modelling showed, that bulk properties of relaxor materials are heavily influenced by polar nanoregions, but they do not fully determine them. Morphology of the material (i.e. grain size of ceramics) determines growth and interactions of the nanoregions, thus influencing bulk properties. Moreover, effective medium approximation can explain evolution of dielectric properties of ferroelectrics and relaxors only if dependence of bulk properties on grain size is known. The most interesting result is, that there exist polar entities in ferroelectrics, which are different from ferroelectric domains and are similar to polar nanoregions in relaxors. Their contribution to dielectric permittivity can be comparable to all other contributions. Dimensions of these entities depend on grain size in accordance with Kittel's law. / Maksimo Ivanovo daktaro disertacijos tema yra “Grūdų dydžio įtaka dielektrinėms feroelektrikų ir relaksorių savybėms”. Šio darbo tikslas yra ištirti, kaip keramikų ar miltelių grūdų dydis įtakoja makroskopiškai stebimas kelių feroelektrikų bei feroelektrinių relaksorių dielektrines savybes. Tirtos medžiagos yra klasikinio relaksoriuas PbMg⅓Nb⅔O3 (PMN) milteliai, relaksoriaus su savaiminiu feroelektriniu faziniu virsmu PbSc½Nb½O3 (PSN) keramikos, feroelektriko 0.36BiScO3-0.64PbTiO3 keramikos, bei Ba2SnO4 keramiką, kuri buvo palyginta su kiek labiau žinoma BaSnO3 keramika. Tyrimai buvo atlikti plačiame dažnių (100 Hz – 55 GHz) bei temperatūrų (30 K – 1000 K) intervaluose. Eksperimentiniai tyrimai bei modeliavimai parodė, kad polinės nanosritys labai stipriai įtakoja tūrines relaksorių savybes, tačiau jų neapsprendžia. Medžiagos morfologija (antai keramikų grūdų dydis) lemia nanosričių augimą bei tarpusavio sąveikas, tokiu būdų įtakojamos tūrinės savybės. Be to, efektyvios terpės aproksimacija gali paaiškinti feroelektrikų ir relaksorių dielektrinių savybių priklausomybę nuo grūdų dydžio tik, jei žinomas sąryšis tarp dydžio ir tūrinių savybių. Įdomiausia yra tai, kad feroelektrikuose yra objektų, kurie nėra feroelektriniai domenai ir yra panašūs į relaksorių polines nanosritis. Jų indėlis į dielektrinę skvarbą gali būti palyginamas su visų kitų procesų (pvz. domenų sienelių ir polinių modų) indėliais. Šių objektų dydis priklauso nuo grūdų dydžio pagal Kittel'io dėsnį.

Maksimo Ivanovo daktaro disertacijos tema yra “Grūdų dydžio įtaka dielektrinėms feroelektrikų ir relaksorių savybėms”. Šio darbo tikslas yra ištirti, kaip keramikų ar miltelių grūdų dydis įtakoja makroskopiškai stebimas kelių feroelektrikų bei feroelektrinių relaksorių dielektrines savybes. Tirtos medžiagos yra klasikinio relaksoriuas PbMg⅓Nb⅔O3 (PMN) milteliai, relaksoriaus su savaiminiu feroelektriniu faziniu virsmu PbSc½Nb½O3 (PSN) keramikos, feroelektriko 0.36BiScO3-0.64PbTiO3 keramikos, bei Ba2SnO4 keramiką, kuri buvo palyginta su kiek labiau žinoma BaSnO3 keramika. Tyrimai buvo atlikti plačiame dažnių (100 Hz – 55 GHz) bei temperatūrų (30 K – 1000 K) intervaluose. Eksperimentiniai tyrimai bei modeliavimai parodė, kad polinės nanosritys labai stipriai įtakoja tūrines relaksorių savybes, tačiau jų neapsprendžia. Medžiagos morfologija (antai keramikų grūdų dydis) lemia nanosričių augimą bei tarpusavio sąveikas, tokiu būdų įtakojamos tūrinės savybės. Be to, efektyvios terpės aproksimacija gali paaiškinti feroelektrikų ir relaksorių dielektrinių savybių priklausomybę nuo grūdų dydžio tik, jei žinomas sąryšis tarp dydžio ir tūrinių savybių. Įdomiausia yra tai, kad feroelektrikuose yra objektų, kurie nėra feroelektriniai domenai ir yra panašūs į relaksorių polines nanosritis. Jų indėlis į dielektrinę skvarbą gali būti palyginamas su visų kitų procesų (pvz. domenų sienelių ir polinių modų) indėliais. Šių objektų dydis priklauso nuo grūdų dydžio pagal Kittel'io dėsnį. / The aim of doctoral dissertation „Grain Size Effect on Dielectric Properties of Ferroelectrics and Relaxors“ by Maksim Ivanov is to investigate, how grain size of ceramics and powders of a few ferroelectrics and relaxors influences macroscopic dielectric properties. The studied materials are powders of a relaxor PbMg⅓Nb⅔O3 (PMN), ceramics of a relaxor with a spontaneous phase transition PbSc½Nb½O3 (PSN), ceramics of a ferroelectric 0.36BiScO3-0.64PbTiO3, and ceramics of Ba2SnO4, which were compared to a better investigated BaSnO3. Investigations were performed in broad frequency (100 Hz – 55 GHz) and temperature (30 K – 1000 K) ranges. Experimental investigations and modelling showed, that bulk properties of relaxor materials are heavily influenced by polar nanoregions, but they do not fully determine them. Morphology of the material (i.e. grain size of ceramics) determines growth and interactions of the nanoregions, thus influencing bulk properties. Moreover, effective medium approximation can explain evolution of dielectric properties of ferroelectrics and relaxors only if dependence of bulk properties on grain size is known. The most interesting result is, that there exist polar entities in ferroelectrics, which are different from ferroelectric domains and are similar to polar nanoregions in relaxors. Their contribution to dielectric permittivity can be comparable to all other contributions. Dimensions of these entities depend on grain size in accordance with Kittel's law.

Šiame darbe nagrinėjamos galimybės patobulinti plačiajuostės dielektrinės spektroskopijos metodus naudojant skaitmeninius ir analitinius daugelio modų dielektrinės skvarbos skaičiavimo metodus, tiriami (1-x)(Na1/2 Bi1/2)TiO3 - xLa(Mg1/2 Ti1/2)O3 (NBT-LMT) keramikų grupės laidumo ypatumai. Nagrinėjama galimybė pritaikyti HFSS skaitmeninio modeliavimo programą dielektrinės spektroskopijos tikslams. Naudojant šią programinę įrangą, apskaičiuojama dielektrinė ir magnetinė skvarbos komplikuotiems mikrojuostelinės linijos ir dalinai užpildyto bangolaidžio matavimo grandinių atvejams. Pateikiami patobulinti kondensatoriaus koaksialinėje linijoje ir ribotų matmenų atviro galo koaksialinės linijos matematiniai modeliai. Šie modeliai patikrinami skaitmeniniu metodu. Naudojant daugiamodį kondensatoriaus modelį, atsižvelgus į magnetinio lauko pasiskirstymą koaksialinėje matavimo grandinėje, pasiūlomas būdas pamatuoti mažai bandinio magnetinei skvarbai, kai dielektrinė skvarba didelė (dešimtim ar šimtais kartų didesnė už magnetinę skvarbą). Atviro galo koaksialinei linijai siūloma keletas kalibravimo būdų, įrenginys bandiniui prispausti prie linijos. Bešvinė NBT-LMT keramika buvo tyrinėjama dielektrinės spektroskopijos metodais. Gauti rezultatai rodo, kad NBT-LMT keramikų grupėje elektriniam laidumui galioja Maerio-Neldelio taisyklė. / Šiame darbe nagrinėjamos galimybės patobulinti plačiajuostės dielektrinės spektroskopijos metodus naudojant skaitmeninius ir analitinius daugelio modų dielektrinės skvarbos skaičiavimo metodus, tiriami (1-x)(Na1/2 Bi1/2)TiO3 - xLa(Mg1/2 Ti1/2)O3 (NBT-LMT) keramikų grupės laidumo ypatumai. Nagrinėjama galimybė pritaikyti HFSS skaitmeninio modeliavimo programą dielektrinės spektroskopijos tikslams. Naudojant šią programinę įrangą, apskaičiuojama dielektrinė ir magnetinė skvarbos komplikuotiems mikrojuostelinės linijos ir dalinai užpildyto bangolaidžio matavimo grandinių atvejams. Pateikiami patobulinti kondensatoriaus koaksialinėje linijoje ir ribotų matmenų atviro galo koaksialinės linijos matematiniai modeliai. Šie modeliai patikrinami skaitmeniniu metodu. Naudojant daugiamodį kondensatoriaus modelį, atsižvelgus į magnetinio lauko pasiskirstymą koaksialinėje matavimo grandinėje, pasiūlomas būdas pamatuoti mažai bandinio magnetinei skvarbai, kai dielektrinė skvarba didelė (dešimtim ar šimtais kartų didesnė už magnetinę skvarbą). Atviro galo koaksialinei linijai siūloma keletas kalibravimo būdų, įrenginys bandiniui prispausti prie linijos. Bešvinė NBT-LMT keramika buvo tyrinėjama dielektrinės spektroskopijos metodais. Gauti rezultatai rodo, kad NBT-LMT keramikų grupėje elektriniam laidumui galioja Maerio-Neldelio taisyklė.

Šiame darbe nagrinėjamos galimybės patobulinti plačiajuostės dielektrinės spektroskopijos metodus naudojant skaitmeninius ir analitinius daugelio modų dielektrinės skvarbos skaičiavimo metodus, tiriami (1-x)(Na1/2 Bi1/2)TiO3 - xLa(Mg1/2 Ti1/2)O3 (NBT-LMT) keramikų grupės laidumo ypatumai. Nagrinėjama galimybė pritaikyti HFSS skaitmeninio modeliavimo programą dielektrinės spektroskopijos tikslams. Naudojant šią programinę įrangą, apskaičiuojama dielektrinė ir magnetinė skvarbos komplikuotiems mikrojuostelinės linijos ir dalinai užpildyto bangolaidžio matavimo grandinių atvejams. Pateikiami patobulinti kondensatoriaus koaksialinėje linijoje ir ribotų matmenų atviro galo koaksialinės linijos matematiniai modeliai. Šie modeliai patikrinami skaitmeniniu metodu. Naudojant daugiamodį kondensatoriaus modelį, atsižvelgus į magnetinio lauko pasiskirstymą koaksialinėje matavimo grandinėje, pasiūlomas būdas pamatuoti mažai bandinio magnetinei skvarbai, kai dielektrinė skvarba didelė (dešimtim ar šimtais kartų didesnė už magnetinę skvarbą). Atviro galo koaksialinei linijai siūloma keletas kalibravimo būdų, įrenginys bandiniui prispausti prie linijos. Bešvinė NBT-LMT keramika buvo tyrinėjama dielektrinės spektroskopijos metodais. Gauti rezultatai rodo, kad NBT-LMT keramikų grupėje elektriniam laidumui galioja Maerio-Neldelio taisyklė. / One of the basic problems in measurements of the electrical properties of materials is finding relations between measured electrical values and characteristics of the material, especially when the field distribution in the device under test with a sample inside is complex. Commercial electromagnetic simulation software was used in unconventional way to calculate materials' electrical properties. Because the software is not adopted for this task, built-in optimisation option was used. In this way dielectric and magnetic properties of materials in very complex shape were calculated. The method was tested by calculation of complex dielectric permittivity of Bi1.5ZnNb1.5O7-xF2 pyrochlore ceramics as well as by calculation of both complex dielectric permittivity and complex dielectric permeability of carbon-coated capsules of Ni embedded into polyurethane matrix from experimental results. Due to the fact that using numerical methods is time consuming, a mathematical model on mode matching approach of rectangular rod in a waveguide and a new model of multimode capacitor were developed. Models were checked by numerical methods. On a high frequency, when electric field in the sample is inhomogeneous, the magnetic field in the sample is much stronger than in the transmission line. Thus, the magnetic permeability of the sample will affect scattering parameters. Based on this circumstance, the method to measure small magnetic permeability using capacitor like in coaxial line when... [to full text]