Наибольший скачок удельной электропроводности s в области температуры ФПМП VO2 Tt~ 341 К (не менее 102) проявляет стеклокерамика составов: сVO2-(100-с)ВФС, (85-a)VO2–15ВФС–aCu при a£ 5; (85-b)VO2-15ВФС-bSnO2 при b£ 60 и (80-b)VO2-15ВФС-5Cu-bSnO2 при b£ 55. Разработана модель электропроводности стеклокерамики на основе компонента с ФПМП, определены условия, при которых такая стеклокерамика имеет скачок удельной электропроводности в области температуры Tt.
Впервые обнаружены гистерезис и размерный эффект вольт-амперных характеристик (ВАХ) образцов материалов с ФПМП. Получено аналитическое выражение для ВАХ,адекватно описывающее эти эффекты.
Изучено влияния термоциклирования через температуру ФПМП на электропроводность и ВАХ стеклокерамики на основе VO2. Впервые, исходя из природы физических процессов, происходящих при термоциклировании, базируясь на идеях теории протекания и модели электропроводности стеклокерамики, построена модель деградации электрофизических параметров стеклокерамических материалов на основе компонента с ФПМП и определены пути преодоления деградации. В системе VO2-ВФС-Cu-SnO получена стеклокерамика, которая имеет скачок s~ 102 в области температуры ~343 К, способна работать при токе до десятка ампер и не проявляет существенной деградации после 104 термоциклов. Рассмотрены возможности использования такой стеклокерамики для защиты процессора от перегрева и осветительных ламп накаливания от тока включения.
Ключевые слова: фазовый переход металл-полупроводник, диоксид ванадия, VO2, стеклокерамика, микроструктура, электропроводность, вольт-амперная характеристика, термоциклирование.
ABSTRACT
Ivon A.I. Glass-ceramic materials on the basis of component with the metal-semiconductor phase transition. – Manuscript.
Thesis for a Doctor's degree by speciality 01.04.07 - solid state physics. - Dnepropetrovsk National University, Dnepropetrovsk, 2008.
The dissertation is devoted to the synthesis of glass-ceramic materials based on component with metal-semiconductor phase transition (MST) - VO2and to the investigation of theirsphase composition, microstructure, electric conductivity, current-voltage characteristics (CVC) and effect of temperature cycling on electrophysical properties of such materials. The new methods for VO2 making and for content’s determination of component with MST in heterogeneous materials are developed. The optimal regimes of glass-ceramics synthesis are defined.
As shown, the composition of glass-ceramics (wt. %) сVO2-(100-c)VPG (70 £c£ 95), (85-a)VO2-15VPG-aCu (a£ 5), (85-b)VO2-15VPG-bSnO2and (80-b)VO2-15VPG-5Cu-bSnO2 (VPG-vanadium-phosphate glass) does not changeat the synthesis, and such ceramics have microstructure components: VO2 crystallites, SnO2 crystallites, VPG and pores.The phase V5O9 is observed in glass-ceramics when copper content more than 5 wt. %. Inglass-ceramics with the additives of Zn, ZnO and TiO2thecompounds which do not have MST are forming as a result of interaction of these additives with VO2and VPG. The glass-ceramic compositions which show the conductivity jump not less than 102 at phase transition in VO2 are found. The model of electric conductivity in such glass-ceramic materials is developed. The hysteresis and the size effect in current-voltage characteristic of materials with metal-semiconductor phase transition are discovered. The analytical expression for CVC which describes these effects adequately is obtained. The effect of temperature cycling on electrical conductivity and CVC in VO2-based glass-ceramics was studied. The model of glass-ceramics degradation is developed and the ways to overcome of degradation are specified. The glass-ceramic compositions in system VO2-VPG-Cu-SnO2 which show the stable behaviour at temperature cycling, have the conductivity jump not less than 102 at temperature ~343 К and can work with the currents up to ten ampere are obtained. The using of such glass-ceramics for the processor protection from overheating and for electrical engineering devices protection from switching current are considered.
Keywords: metal-semiconductor phase transition, vanadium dioxide, VO2, glass-ceramics, microstructure, electrical conductivity, current-voltage characteristic, temperature cycling.