Study of phase and chemical composition of Bi1-xNdxFeO3 powders derived by pressureless sintering

• Autorzy: Dzik J. , Lisińska-Czekaj A. , Zarycka A. , Czekaj D.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2013-0177

Warianty tytułu

PL

Badanie składu fazowego oraz chemicznego proszków Bi1-xNdxFeO3 spiekanych swobodnie

• Konferencja: Composites and Ceramic Materials - Technology, Application and Testing (13 ; 13-15.05.2013 ; Białowieża, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the present paper studies on Bi_1-xNd_xFeO₃ for x =0.1-0.4 are reported. The mixed oxide method followed with pressureless sintering was employed for ceramics fabrication. Thermal behavior of stoichiometric mixtures of simple oxide powders, viz. Bi₂O₃, Nd₂O₃ and Fe₂O₃ was studied by simultaneous thermal analysis. It was found that with an increase in neodymium content the weight loss increased from 0.75% to 3.16% for x =0.1 and x =0.4, respectively. It was found that weight loss took place mainly within two temperature ranges, namely ΔT1 ≈(300-400)0C and ΔT2 ≈(600-800)°C. Bi_1-xNd_xFeO₃ ceramics was studied in terms of its phase composition (X-ray phase analysis) and chemical composition (EDS method) at room temperature. It was found that Bi_1-xNd_xFeO₃ suffered structural phase transition from rhombohedral to orthorhombic symmetry with an increase in neodymium concentration x within the range x =(0.2-0.3).

PL

W niniejszej pracy zaprezentowano wyniki badań ceramiki Bi_1-xNd_xFeO₃ dla x =0,1-0,4. Do wytworzenia ceramiki zastosowano metodę reakcji w fazie stałej z mieszaniny tlenków wyjściowych Bi₂O₃, Nd₂O₃ i Fe₂O₃ spiekanej swobodnie w atmosferze powietrza. Analiza termiczna stechiometrycznej mieszaniny proszków wykazała wzrost ubytku masy proszku przy wzroście zawartości (x) neodymu w mieszaninie (od 0,75% do 3,16% dla x =0,1 i x =0,4 odpowiednio). Stwierdzono, że ubytek masy zachodzi głównie w dwóch zakresach temperatury, a mianowicie ΔT1 ≈ (300-400)°C i ΔT2 ≈ (600-800)°C. Ceramika Bi_1-xNd_xFeO₃ została poddana charakterystyce składu fazowego (rentgenowska analiza fazowa) oraz składu chemicznego (metoda EDS) w temperaturze pokojowej. Stwierdzono, że Bi_1-xNd_xFeO₃ przejawia strukturalną przemianę fazową z fazy romboedrycznej do rombowej przy wzroście koncentracji neodymu w zakresie x =(0.2-0.3).

Słowa kluczowe

EN

BiFeO3; ceramics; Nd3+ doping; X-ray phase and structural analysis

PL

ceramika; BiFeO3; rentgenowska analiza fazowa i strukturalna

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 58, iss. 4
• Strony: 1371--1376
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab

Twórcy

autor

Dzik J.

• University of Silesia, Department of Materials Science, 2 Śnieżna St., 41-200 Sosnowiec, Poland

autor

Lisińska-Czekaj A.

• University of Silesia, Department of Materials Science, 2 Śnieżna St., 41-200 Sosnowiec, Poland

autor

Zarycka A.

• University of Silesia, Department of Materials Science, 2 Śnieżna St., 41-200 Sosnowiec, Poland

autor

Czekaj D.

• University of Silesia, Department of Materials Science, 2 Śnieżna St., 41-200 Sosnowiec, Poland

Bibliografia

• [1] J. Wang, J. B. Neaton, H. Zheng, V. Nagarajan, S. B. Ogale, B. Liu, D. Viehland, V. Vaithyanathan, D. G. Schlom, U. V. Waghmare, N. A. Spaldin, K. M. Rabe, M. Wuttig, R. Ramesh, Epitaxial BiFeO3 multiferroic thin film heterostructures, Science 299, 1719 (2003).
• [2] A. Johari, Synthesis and characterization of bismuth ferrite Nnanoparticles, AKGEC Journal of Technology July-December 2, 2, 0975-9514 (2011).
• [3] A. Lisińska-Czekaj, Ł. Madej, J. Plewa, D. Czekaj, Otrzymanie i właściwości magnetyczne ceramiki multiferroicznej BiFeO3, Prace Komisji Nauk Ceramicznych - Polski Biuletyn Ceramiczny Ceramika/Ceramics 101, 223-228 (2008).
• [4] J. Dzik, H. Bernard, K. Osińska, A. Lisińska-Czekaj, D. Czekaj, Synthesis, structure and dielectric properties of Bi1-x Ndx Fe O3, Archives of Metallurgy and Materials 56, 4, 1119-1125 (2011).
• [5] Z. Dai, Y. Akishige, Electrical properties of multiferroic BiFeO3 ceramics synthesized by spark plasma sintering, Journal of Physics D: Applied Physics 43, 445403-445407 (2010).
• [6] S. M. Selbach, T. Tybell, M. A. Einarsrud, T. Grande, Size-dependent properties of multiferroic BiFeO3 nanoparticles, Chemistry of Materials. 19, 26, 6478-84 (2007).
• [7] Q. Jiang, C. Nan, Y. Wang, Y. Liu, Z. Shen, Synthesis and properties of multiferroic Bi Fe O3 ceramics, Journal of Electroceramics 21, 690-693 (2008).
• [8] R. Pandu, K. L. Yadav, A. Kumar, P. R. Reddy, A. Gupta, Effect of sintering temperature on structural and electrical properties Bi Fe O3 multiferroics, Indian Journal of Engeneering & Materials Sciences 17, 481-485 (2010).
• [9] S. H. Han, K. S. Kim, H. G. Kim, H. G. Lee, H. W. Kang, J. S. Kim, Ch. I. Cheon, Synthesis and characterization of multiferroic BiFeO3 powders fabricated by hydrothermal method, Ceramics International 36, 1365-1372 (2010).
• [10] J. K. Kim, S. S. Kim, W.-J. Kim, Solgel synthesis and properties of multiferroic BiFeO3, Materials Letters 59, 4006-4009 (2005).
• [11] M. S. Bernardo, T. Jardiel, M. Peiteado, A. C. Caballero, M. Villegas, Reaction pathways in the solid state synthesis of multiferroic BiFeO3, Journal of the European Ceramic Society 31, 3047-3053 (2011).
• [12] B. Wodecka-Duś, J. Dzik, H. Bernard, K. Osińska, A. Lisińska-Czekaj, D. Czekaj, Application of impedance spectroscopy for Bi1-x Ndx Fe O3 ceramics characterization, Materials Science Forum 730-732, 71-75 (2013).
• [13] G. L. Yuan, O. D. Siu-wing, L. Helen, W. Chan, Raman scattering spectra and ferroelectric properties of Bi1-x Ndx Fe O3 (x=0-0.2) multiferroic ceramics, Journal of Applied Physics 101, 064101 (2007).
• [14] MATCH! Version 2.x, CRYSTAL IMPACT, Postfach 1251, 53002 Bonn, Germany. (URL.: http://www.crystalimpact.com.matcg)
• [15] J. Rodriguez-Carvajal, Physica B. 192, 55 (1993); http://www.ill.eu/sites/fullprof.
• [16] W. Kraus, G. Nolze, Powder cell -aprogram for the representation and manipulation of crystal structures and calculation of the resulting X-ray powder patterns, Journal of Applied Crystallography 29, 301-303 (1996).
• [17] A. Lisińska-Czekaj, D. Czekaj, Synthesis of Bi5Ti Nb WO15ceramics, Archives of Metallurgy and Materials 54, 4, 869-874 (2009).
• [18] R. T. Downs, M. Hall-Wallace, The American Mineralogist Crystal Structure Database, American Mineralogist 88 (2003) 247-250; N. Niizek i, M. Wach i, The crystal structures of Bi2Mn4O10, Bi2Al4O9 and Bi2Fe4O9, Zeitschrift fur Kristallographie 127, 173-187 (1968).
• [19] C. R. Hubbard, E. H. Evans, D. K. Smith, The reference intensity ratio method for computer simulated powder patterns, J. Appl. Crystallogr. 169, 9, 169-174 (1976).