Size-driven ferroelectric–paraelectric phase transition in TGS nanocomposites

Abstract

Dielectric properties of porous glass nanocomposites with TGS crystals embedded into six porous matrices with average pore size from 5 to 312 nm were investigated in the temperature range from 280 to 380 K at selected frequencies. The results are discussed based on the effect of the particle size on the phase transition temperature of TGS nanocomposites. Temperature–size phase diagram of TGS composites was derived. Non-monotonic character of the temperature-driven phase transition (Tp) with the decreasing particle size was determined. The nature of the Tp variation can be ascribed to the size-effect theoretically predicted by Zhong et al. (Phys Rev B 50:698–703, 1994).

Теплоемкость И Тепловое Расширение Нанокомпозитов Триглицинсульфат-Пористое Стекло

“…Таким образом, с одной стороны, фазовый переход в композитах TGS + PG320 и TGS + PG160 происходит при температуре несколько выше T C для квазикерамического TGS, а с другой стороны, T C зна-чительно понижается при дальнейшем уменьшении d pore (рис. ческой проницаемости ряда композитов TGS + PG [17]. Похожее поведение температур фазовых переходов на-блюдалось и для композитов NH 4 HSO 4 -стекло [18].…”

“…Обнаружено немонотонное изменение температуры фазового перехо-да P2 1 ↔ P2 1 /m, сопровождающееся небольшим ростом в композитах TGS + PG320 и TGS + PG160 и значи-тельным понижением в TGS + PG46, что качественно согласуется с данными [17]. Установлено незначительное изменение аномальных величин теплоемкости и коэф-фициента теплового расширения, связанных с фазовым переходом в TGS, при изменении диаметра пор стеколь-ной матрицы.…”

“…Несмотря на то, что круг сегнетоэлектриков, внед-ряемых в поры различных матриц, достаточно широ-кий: NaNO 2 [5], Na 1−x K x NO 2 [6], KDP [7,8], ADP [8], NH 4 HSO 4 [9], TGS [10] и т. д., исследования очень часто были направлены на установление характера и степе-ни влияния ограниченной геометрии (типа матрицы и размера пор) на диэлектрические свойства компози-тов [5,6,[8][9][10][11][12][13][14][15][16][17]. В то же время теплофизические исследо-вания композитов сегнетоэлектрик−матрица, позволяю-щие получать полезную информацию о таких важных ха-рактеристиках фазовых переходов, как энтропия, тепло-вое расширение, восприимчивость к высоким внешним давлениям и т. д., проводились эпизодически и только поисковыми методами [5,7,8].…”

“…Именно поэтому в качестве сегнетоэлектрическо-го компонента нами выбран триглицинсульфат (TGS), в котором такого типа сегнетоэлектрический фазовый переход (P2 1 ↔ P2 1 /m) реализуется при T C = 321.4 K и сопровождается значительным изменением энтро-пии S = 6.78 J/mol · K = 0.815R [19]. При исследовании различных свойств внедренного в разного рода пористые матрицы TGS, за исключением теплофизических, бы-ли установлены следующие особенности [10][11][12][13]15,17]: 1) во внедренном TGS сохраняется сегнетоэлектриче-ское состояние ниже T C ; 2) обнаружена текстура TGS в порах матрицы Al 2 O 3 ; 3) уменьшение размера пор со-провождается увеличением объема элементарной ячей-ки TGS по сравнению с объемным монокристаллом; 4) наблюдалось значительное размытие фазового пере-хода; 5) немонотонное изменение температуры перехода с уменьшением размера пор -T C сначала растет, а начиная с 70 nm, убывает и становится ниже, чем в объемном TGS [15].…”

A Novel In-Situ Nanoindentation Characterization of Phase Transforming Materials

“…The novelty of our approach resides in performing nano mechanical testing while sweeping the temperature within a range, rather than at a set point stabilized temperature, and compensating for the alteration in the dimension of sample and test setup due to constant temperature change. Triglycine sulfate crystal exhibits a typical second-order ferroelectric phase transition at temperature T C = 322 K from ferroelectric phase with the non-centrosymmetric monoclinic point group P21 to the paraelectric phase with P21/m symmetry [18]. The crystal lattice remains monoclinic for both the ferroelectric (T < T C ) and parraelectric (T > T C ) phase.…”