Dielektryczne i magnetyczne właściwości ceramiki multiferroicznej Bi5Ti3FeO15

• Autorzy: Lisińska-Czekaj A. , Jartych E. , Mazurek M. , Dzik J. , Czekaj D.

Warianty tytułu

EN

Dielectric and magnetic properties of Bi5Ti3FeO15 multiferroic ceramics

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy przedstawiono rezultaty badań poświęconych wytwarzaniu i charakterystyce właściwości ceramiki multiferroicznej o strukturze Aurivilliusa i składzie chemicznym Bi5Ti3FeO15 (BTFO). Przy pomocy jednoczesnej analizy termicznej (TG/DTG, DTA) oraz rentgenowskiej analizy strukturalnej dokonano charakterystyki procesu syntezy związku BTFO z mieszaniny prostych tlenków Bi2O3, TiO2 i Fe2O3. Przeprowadzono badania właściwości dielektrycznych i magnetycznych wytworzonej ceramiki metodą spektroskopii impedancyjnej i spektroskopii Mössbauera. Stwierdzono, że wytworzona ceramika BTFO odznacza się strukturą rombową, opisywaną grupą przestrzenną Cmc21 (36). Badania mössbauerowskie przeprowadzone w temperaturze pokojowej wskazały na paramagnetyczne właściwości ceramiki BTFO oraz potwierdziły wytworzenie jednofazowego materiału ceramicznego. Zastosowanie spektroskopii impedancyjnej pozwoliło na określenie częstotliwości zjawisk relaksacyjnych zachodzących w ceramice BTFO w zakresie temperaturowym od temperatury pokojowej do T = 500°C.

EN

In the present paper, the results of studies devoted to fabrication and characterization of Bi5Ti3FeO15 (BTFO) multiferroic ceramics exhibiting Aurivillius - type structure are reported. By means of simultaneous thermal and X-ray diffraction analysis, the process of synthesis of BTFO ceramics has been studied. Mixed oxide method followed by free sintering was used for ceramics preparation. Dielectric and magnetic properties has been studied by impedance spectroscopy and Mössbauer spectroscopy, respectively. It has been found that BTFO ceramics exhibited orthorhombic symmetry with Cmc21 (36) space group. Room-temperature Mössbauer spectra of BTFO revealed its paramagnetic properties as well as confirmed fabrication of a single phase ceramic material. Application of impedance spectroscopy makes it possible to determine frequencies of relaxation phenomena present in BFTO ceramics within the temperature range Δ T = RT – 500°C.

Słowa kluczowe

PL

multiferroiki; spektroskopia impedancyjna; fazy Aurivilliusa; struktura krystaliczna; spektroskopia Mössbauera

EN

multiferroics; impedance spectroscopy; Aurivillius phase; crystal structure; Mössbauer spectroscopy

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 62, nr 2
• Strony: 126--133
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Lisińska-Czekaj A.

autor

Jartych E.

autor

Mazurek M.

autor

Dzik J.

autor

Czekaj D.

• Uniwersytet Śląski, Katedra Materiałoznawstwa, 41-200 Sosnowiec, ul. Śnieżna 2,

Bibliografia

• [1] Fiebig M: J. Phys. D: „Revival of the magnetoelectric effect”, Applied Physics, 38, 8, (2005), R123.
• [2] Khomskii D.I.: „Multiferroics: Different ways to combine magnetism and ferroelectricity”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 306, (2006), 1-8.
• [3] Ederer C., Spaldin N.A.: „A new route to magnetic ferroelectrics (News & Views)”, Nature Materials, 3, (2004), 849-851.
• [4] Krzhizhanovskaya M., Filatov S., Gusarov V., Paufler P., Bubnova R., Morozov M., Meyer D.C.: „Aurivillius Phases in the Bi4Ti3O12/BiFeO3 System: Thermal Behaviour and Crystal Structure“, Z. Anorg. Allg. Chem., 631, (2005), 1603-1608.
• [5] Lomanova N.A., Morozov M.I., Ugolkov V.L., Gusarov V.V.: „Properties of Aurivillius Phases in the Bi4Ti3O12–BiFeO3”, System Inorganic Materials, 42, 2 (2006), 189.
• [6] Lisinska-Czekaj A., Czekaj D., Surowiak Z., Ilczuk J., Plewa J., Leyderman A.V., Gagarina E.S., Shuvaev A.T., Fesenko E.G.: „Synthesis and dielectric properties of Am-1Bi2BmO3m+3 ceramic ferroelectrics with m=1.5”, J. Eur. Ceram. Soc., 24, (2004), 947–951.
• [7] Kraus W., Nolze G., „Powder cell - a program for the representation and manipulation of crystal structures and calculation of the resulting X-ray powder patterns", J. Appl. Cryst., 29, (1996), 301-303.
• [8] Jartych E.: Oddziaływania nadsubtelne w materiałach nanokrystalicznych, Wydawnictwa Uczelniane, Politechnika Lubelska, Lublin, 2003.
• [9] Barsukov E., Ross Macdonald J., (Red)., Impedance spectroscopy, theory, experiment, and applications, John Willey &Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2005.
• [10] Nitsch K.: Zastosowanie spektroskopii impedancyjnej w badaniach materiałów elektronicznych, O. Wyd. Polit. Wrocławskiej, Wrocław 1999.
• [11] Bogusz W., Krok F.: Elektrolity stałe. Właściwości elektryczne i sposoby ich pomiaru, WNT Warszawa, 1995.
• [12] Czekaj D., Lisińska-Czekaj A., Orkisz T., Orkisz J., Smalarz G.: Impedancje spectroscopic studies of sol-gel derived barium strontium titanate thin films, J. Eur. Ceram. Soc., 30, (2010), 465-470.
• [13] Abrantes J.C.C., Labrincha J.A., Frade J.R.: „An alternative representation of impedance spectra of ceramics”, Mater. Res. Bull., 35, (2000), 727-740.
• [14] Abrantes J.C.C., Labrincha J.A., Frade J.R.: „Representations of impedance spectra of ceramics”, Mater. Res. Bull., 35, (2000), 965-976.
• [15] Sinclair D.C., West A.R.: „Effect of atmosphere on the PTCR properties of BaTiO3 ceramics”, J. Mater. Sci., 29, 23, (1994), 6661-6668.
• [16] Boukamp B.A.: „Electrochemical impedance spectroscopy”, Solid State Ionics, 169, (2004), 65–73.
• [17] Boukamp B.A.: „A linear Kronig-Kramers transform test for immitance data validation”, J. Electrochem. Soc.,142, (1995), 1885–1894.
• [18] Bauerle J.E.: „Study of solid electrolyte polarization by a complex admittance method”, J. Phys. Chem. Solids, 30, 12, (1969), 2657-2670.
• [19] Nocuń M.: Wprowadzenie do spektroskopii impedancyjnej w badaniach materiałów ceramicznych, Wyd. Nauk. Akapit, Kraków 2003.
• [20] Dygas J.R., Kurek P., Reiter M.W.: „Structure-dependent impedance of BICUVOX”, Electrochemica Acta, 40, (1995), 1545-1550.