Technology and electrophysical properties of multiferroic PZT–PFT ceramics

• Autorzy: Niemiec P. , Skulski R. , Bochenek D. , Wawrzała P.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2013-0175

Warianty tytułu

PL

Technologia i właściwości elektrofizyczne multiferroikowej ceramiki typu PZT-PFT

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

Abstrakty

EN

We present the results of obtaining and investigating ceramic samples of solid solution (1-x)(PbZr_0.53Ti_0.47O₃)- x(PbFe_0.5Ta_0.5O₃) [i.e. (1-x)PZT-xPFT] with x=0.25, 0.35 and 0.45 obtained using conventional ceramic technology. These materials belong to class of materials known as multiferroics. Solid solutions PZT-PFT are the lowest-loss room-temperature multiferroics known, and as a result there are very interesting for magnetoelectric devices. Paper presents the results of termogravimetric investigations, EDS, XRD and main dielectric measurements. It has been stated that with increasing content of PFT decreases the mean diameter of grains and more wide distribution of grain diameters is observed. For x=0.25 sharp phase transition from ferroelectric phase to paraelectric one is observed and high values of dielectric permittivity. Composition PZT-PFT with x=0.45 has the lowest values of dielectric permittivity, and the transition is more diffused. The increase of x leads also to the shift of the temperature of maximum of dielectric permittivity towards lower temperatures. Samples with x=0.25 and x=0.35 exhibit very low values of dielectric losses up to about 100°C. Dielectric losses for samples with x=0.45 are higher. For obtained PZT-PFT samples we have investigated P-E hysteresis loops at room temperature for frequency 1 Hz. For composition x =0.25 it after application the field about 2.5 kV/mm polarization is equal approximately 28 μC/cm², while for x=0.35, and x=0.45 after application the field about 2.0 kV/mm the polarizations are equal about 25 μC/cm² and 20 μC/cm² respectively. Very low values of losses and high values of polarization lead to the conclusion that interesting material PZT-PFT for applications should be composition with x=0.25.

PL

Prezentujemy wyniki otrzymywania i badania próbek ceramicznych roztworu stałego (1-x)(PbZr_0.53Ti_0.47O₃)- x(PbFe_0.5Ta_0.5O₃) [i.e. (1-x)PZT-xPFT] , gdzie x=0,25; 0,35 i 0,45. Próbki zostały otrzymane przy użyciu konwencjonalnej technologii ceramicznej. Materiały te należą do klasy materiałów, znanych jako multiferroiki. Roztwory stałe PZT-PFT są obecnie multiferroikami o najniższych stratach dielektrycznych w temperaturze pokojowej i w efekcie są bardzo interesujące dla urządzeń magnetoelektrycznych. Artykuł przedstawia wyniki badań termograw i metrycznych, EDS, XRD i podstawowych pomiarów dielektrycznych. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem zawartości PFT zmniejsza się średnia średnica ziaren i obserwuje się bardziej szeroki rozkład średnic ziaren. Dla wartości x=0,25 obserwujemy ostre przejście z fazy ferroelektrycznej do fazy paraelektrycznej, przy czym wartość przenikalności elektrycznej w maksimum jest wysoka. Skład PZT-PFT x=0,45 ma najniższą wartość przenikalności elektrycznej w maksimum i przejście jest bardziej rozmyte. Wzrost x prowadzi również do obniżenia temperatury, w której występuje maksymalna wartość przenikalności elektrycznej. Próbki z x =0,25 i x =0,35 wykazują bardzo niskie wartości strat dielektrycznych do około 100°C. Straty dielektryczne dla próbek z x=0,45 są wyższe. Dla otrzymanych próbek PZT-PFT zostały wykonane również badania pętli histerezy P-E w temperaturze pokojowej z użyciem pola o częstotliwości 1 Hz. Do składu x=0,25 w polu elektrycznym o wartości 2,5 kV/mm polaryzacja jest równa około 28 μC/cm², a dla x=0,35 i x=0,45 w polu o wartości 2,0 kV/mm polaryzacja jest równa około 25 μC/cm² i 20 μC/cm² odpowiednio. Bardzo niskie wartości strat i wysokie wartości polaryzacji prowadzą do wniosku, że ciekawym materiałem dla aplikacji jest skład x=0,25.

Słowa kluczowe

EN

dielectric losses; ferroelectromagnetics; multiferroics; PZT-PFT solid solution

PL

straty dielektryczne; ferroelektromagnetyki; multiferroiki; roztwory stałe PZT-PFT

• 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: 1361--1364
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Niemiec P.

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

autor

Skulski R.

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

autor

Bochenek D.

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

autor

Wawrzała P.

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

Bibliografia

• [1] S.-W. Cheong, M. Mostovoy, Nat. Mat. 6, 13-20 (2007).
• [2] W. Eerenstein, N. D. Mathur, J. F. Scott, Nature 442, 759-765 (2006).
• [3] Z. Surowiak, D. Bochenek, Arch. Acoust. 33, 2, 243-260 (2008).
• [4] A. R. Lebedinskaya, M. F. Kupriyanov, R. Skulski, Materials Science and Engineering B 83, 119-122 (2001).
• [5] R. Kolesova, V. Kolesov, M. Kupriyanov, R. Skulski, Phase Transitions 68, 621-629 (1999).
• [6] D. Bochenek, P. Kruk, R. Skulski, P. Wawrzała, J. Electroceram. 26, 8-13 (2011).
• [7] D. A. Sanchez, N. Ortega, A. Kumar, R. Roque-Malherbe, R. Polanco, J. F. Scott, R. S. Katiyar, Aip Advances 1, 042169-1 - 042169-13 (2011).
• [8] N. Lampis, C. Franchini, G. Satta, A. Geddo-Lehmann, S. Massidda, Phys. Rev. B 69, 064412-1 - 064412-12 (2004).
• [9] W. Z. Zhu, A. Kholkin, P. Q. Mantas, J. L. Baptista, J. Eur. Ceram. Soc. 20, 2029-2034 (2000).
• [10] L. I. Shvorneva, Y. N. Venevtsev, Sov. Phys. JETP 22, 722-724 (1965).
• [11] S. Nomura, H. Takabayashi, T. Nakagawa, Jpn. J. Appl. Phys. 7, 600-604 (1968).
• [12] I. Brixel, J. P. Rivera, A. Steiner, H. Schmid, Ferroelectrics 79, 201-204 (1988).
• [13] D. M. Evans, A. Schilling, A. Kumar, D. Sanchez, N. Ortega, M. Arredondo, R. S. Katiyar, J. M. Gregg, J. F. Scott, Nature Communications 26, 41534-1 - 41534-7 (2013).