بخشی از مقاله
چکیده-
مطالعه حلقه پسماند بلورهاي TGS رشد یافته با آلایش فسفات کبالت نشان می دهد که برخی پارامترهاي فیزیکی بلورهاي مذکور نسبت به دما تغییراتی مشابه با TGS خالص را دارند. از لحاظ بزرگی مقادیر Ec و Pr بلورهاي آلائیده نسبت به TGS خالص افزایش می یابد که حضور یون Co2+ به سبب بار قطبی بالا و ممانعتش در تنظیم قطبش این تغییرات را باعث شده است. همچنین براي بلورهاي آلائیده شکل حلقه هاي پسماند بصورت دوگانه است که ناشی از حضور یونهاي PO4 3- می باشد. در این بررسی مشخص گردید که دماي کوري بلورهاي آلائیده از 48 °C تا 50 °C متغیر است.
کلید واژه- پیرو الکتریک، رشد بلور، سولفات تري گلایسین ، فسفات کبالت، حلقه پسماند.
-1 مقدمه
بلورهاي سولفات تري گلایسین - TGS - خواص پیروالکتریک عالی از خود نشان می دهند و بعنوان آشکارسازهاي پیروالکتریک مادون قرمز کاربردهاي گسترده اي در نمایشگرهاي تحلیلگر زیست محیطی، دوربین هاي مشاهدات زمینی، تلسکوپهاي فضایی، سیستمهاي نظامی و پیدا کرده اند، ]۱TGS .[ یک گذار فاز مرتبه دو در دماي کوري Tc = 49 °C را نشان می دهد. این بلور در هر دو فاز فروالکتریک و پاراالکتریک در دسته بلورهاي مونوکلینیک قرار دارد. زیر دماي گذارِ Tc، بلور به گروه نقطه اي قطبی2 با قطبش خودبخودي در راستاي محور- b و در فاز پاراالکتریک به گروه نقطه اي مرکز - متقارن 2/m تعلق دارد، ]۲.[ این خانواده بلورها خاصیت فروالکتریکی دارند که داراي حساسیت پیروالکتریک بیشینه اي در دماي اتاق می باشند و بنابراین نیازي به سردسازي براي آشکارسازي تغییرات دمایی ندارند و قطبش الکتریکی خودبخودي بزرگی را زیر دماي Tc نشان می دهند. به هر حال بلورهاي TGS نقایص عمدهاي دارند از قبیل: - الف - - واقطبیدگی با زمان یا بوسیله ابزارهاي مکانیکی، الکتریکی و گرمایی، - ب - - جاذب رطوبت بودن - ج - - دماي کوري پایین، ]۴و۳.[ اما
می توان با جایگزینی مناسب محل گلایسین ها با مولکول هاي فعال اپتیکی بر این نقایص فائق آمد. بسیاري از محققین تأثیر آلایش هاي مختلف بر روي TGS را مورد بررسی قرار داده اند، ]۴‐۲.[ از آنجائیکه Co2+ با گلایسین ترکیب مرکبی - کمپلکسی - را ایجاد می کند که می تواند روي خواص دي الکتریک و پیروالکتریک که براي آشکارسازهاي مادون قرمز بسیار مهم است، تأثیر بگذارد از این رو در این مقاله فرآیند رشد و بررسی خواص فروالکتریکی تک بلورهایی از محلول هاي با درصدهاي گوناگون گزارش می شود. جهت اختصار بلورهاي آلائیده با نماد TGS:PCo - mol% - نشان داده می شوند و براي بررسی تاثیر آلایش بر اساس نتایج تجربی اخذ شده از مشاهدات حلقه هاي پسماند استفاده خواهد شد. مقادیر قطبش باقیمانده Pr و میدان واداشته Ec بلورهاي منفرد TGS:PCo نیز مورد بررسی قرار می گیرند، ]۶و۵.[
-2 تجربیات
-1-2 رشد بلور و آماده سازي نمونه
بلورهاي TGS:PCo به کمک روش سردسازي آهسته،
محلول هاي رشد از طریق صافی هاي با قطر روزنه بسیار کوچک صاف شدند. براي اجتناب از افت و خیز دمایی، شرایط دانه بلور چرخان آویزان با سرعت حدود نیم دور در دقیقه نیز در حین رشد بکار گرفته شد. پس از حدود 15 روز بلورهاي نسبتاً شفافی در اندازه هاي بیش از 15×25×30 - mm3 - رشد داده شدند. در ظول این مقاله نتایج مربوط به خواص دي الکتریکی بلورهاي رشد داده شده با تراکم هاي مختلف فسفات کبالت خصوصا TGS خالص، TGS:PCo - 3% - و TGS: PCo - 9% - ارائه می شود. قطعات کوچکی به ضخامت حدود 1–2 mm در جهت عمود بر محور- b از بلورهاي حاصله، برش یافته، سپس صیقل کاري و آماده گردید. هر کدام از سطوح برش یافته مذکور داراي مساحتی حدود 70-220 mm2 بودند. هر یک از این قطعات فروالکتریک بین دو صفحه الکترود از جنس خمیر نقره قرار گرفت و بصورت یک خازن جهت اندازه گیریهاي بعدي آماده شد.
-2-2 حلقه پسماند P-E
حلقه هاي پسماند P-E براي بلورهاي TGS خالص و آلائیده بوسیله مدار Sawyer–Tower اندازه گیري شد - شکل-1 - الف - - . در روي صفحه اسیلوسکوپ در این مدار حلقه پسماندي مشاهده می شود که نمایشی از حلقه پسماند P-E است - شکل-1 - ب - - . در واقع اسیلوسکوپ ولتاژهاي V0 وV1 از مدار ذیل را ثبت می نماید. بعلت متناوب بودن ولتاژ و وجود خازن C1 ، تغییرات این مقادیر نسبت به هم بصورت حلقه پسماند ظاهر می شود. نحوه بستگی حلقه پسماند P-E به حلقه مشاهده شده V1-V0 و یا به عبارتی رابطه قطبش P و میدان الکتریکی E با ولتاژهاي V1 و V0 با روابط ذیل مشخص می شود.
در اینجا d ضخامت، A مساحت الکترود نمونه، ε0 ثابت دي الکتریک فضاي آزاد - - 8.85×10-12C2/Nm2وC1ظرفیت خازنی است که بطورسري باخازن نمونه بسته شده است، ]۷.[ شکل حلقه هاي پسماند به دماي نمونه وابسته است از اینرو ثبت حلقه پسماند نمونه ها در گستره دمایی 0 - 53 °C صورت گرفت، براي این کار خازن نمونه که در مدار قرار داشت، چسبیده به قسمت جیوه اي یک دماسنج جیوه اي، در داخل یک محفظه تقریباً بسته قرارگرفت و کل این مجموعه داخل یک ظرف بزرگتر حاوي یخ در دماي حدود 0 °C قرارداده شد. حلقه پسماند اولیه عکسبرداري و ثبت شد، این کار براي دماهاي بالاتر نیز انجام شد. دیده می شود که با افزایش دما، شکل حلقه پسماند به یک خط راست نزدیک و بالاتر از یک دماي خاص کاملاً به خط راست تبدیل می شود. بعبارتی بالاتر از این دما، حلقه پسماند که ناشی از خواص فروالکتریک بلور بود از بین رفته و رابطه بینP و E بصورت خطی در می آید. با توجه به معادله - 2 - این اثر زمانی رخ می دهد که V1 برابر صفر شود و قطبش تنها به جمله دوم که متناسب با میدان اعمالی به بلور است، وابسته می شود و رابطه P و E بصورت خطی راست در می آید. حلقه هاي پسماند مشاهده شده در دماهاي مختلف براي دو نمونه از بلورها در شکل 2 آورده شده است.
