Synteza, struktura i właściwości dielektryczne Bi1-xNdxFeO3

• Autorzy: Dzik J. , Bernard H. , Osińska K. , Lisińska-Czekaj A. , Czekaj D.

Warianty tytułu

EN

Synthesis, structure and dielectric properties of Bi1-xNdxFeO3

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy przedstawiono rezultaty badań poświęconych wytwarzaniu i charakterystyce właściwości ceramiki Bi1-xNdxFeO3 (x = 0,1-0,4). W oparciu o różnicową analizę termiczną (DTA) i termograwimetryczną (TG/DTG) dobrano warunki obróbki cieplnej stechiometrycznej mieszaniny tlenków wyjściowych (Bi2O3, Fe2O3 i Nd2O3). Morfologię przełomu wytworzonej ceramiki Bi1-xNdxFeO3 obserwowano przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Stwierdzono, że wraz ze wzrostem zawartości x neodymu, zmniejsza się średnia wielkość ziarna. Analizę składu chemicznego przeprowadzono metodą spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii (EDS). Ustalono, że zastosowane warunki obróbki termicznej ceramiki pozwoliły na zachowanie stechiometrii składu chemicznego. Strukturę krystaliczną ceramiki badano metodą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Stwierdzono, że strukturę krystaliczną Bi1-xNdxFeO3 dla x ≥ 0,2 można opisać symetrią romboedryczną, natomiast dla x ≥ 0,3 - symetrią rombową. Właściwości dielektryczne badano metodą spektroskopii impedancyjnej w zakresie częstotliwości f = 20 Hz do f = 1 MHz w temperaturze pokojowej. Zaproponowano elektryczny obwód równoważny odpowiadający zachowaniu się obiektu rzeczywistego.

EN

In the present research, Bi1-xNdxFeO3 ceramics was synthesized by the standard solid-state reaction method from the mixture of oxides, followed by free sintering at temperature T = 1000°C. Investigation of crystal structure, dielectric properties of the diamagnetically substituted Bi1-xNdxFeO3 samples has been carried out. Stoichiometric mixture of the powders was thermally analysed with Netzsch STA-409 system so parameters of the thermal treatment were determined. Bi1-xNdxFeO3 ceramics was studied in terms of its chemical composition (EDS), crystalline structure (XRD), microstructure (SEM) and dielectric properties over a range of frequency (20 Hz - 1 MHz) at room temperature. Dielectric properties has been studied by impedance spectroscopy. It was found that chemical composition of the ceramic samples corresponds well to the initial stoichiometry of the ceramic powders. It was found that an increase in Nd content (x) caused a decrease in the average size of the ceramic grains. Crystalline structure of Bi1-xNdxFeO3 ceramics for x ≥ 0.2 has been described by rhombohedral symmetry whereas for x ≥ 0.3 by orthorhombic symmetry.

Słowa kluczowe

PL

BiFeO3; spektroskopia impedancyjna; ceramika

EN

BiFeO3; ceramics; impedance spectroscopy

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 64, nr 4
• Strony: 530--535
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dzik J.

autor

Bernard H.

autor

Osińska K.

autor

Lisińska-Czekaj A.

autor

Czekaj D.

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

Bibliografia

• [1] Liu J.-M., Li Q.C., Gao X.S., Yang Y., Zhou X.H., Chen X.Y., Liu Z.G.: „Order coupling in ferroelectromagnets as simulated by a Monte Carlo method”, Phys. Rev. B, 66, (2002), 054416.
• [2] Hill N.A.: „Why Are There so Few Magnetic Ferroelectrics?”, J. Phys. Chem. B, 104, (2000), 6694–6709.
• [3] Wang J., Neaton J.B., Zheng H., Nagarajan V., Ogale S.B., Liu B., Viehland D., Vaithyanathan V., Schlom D.G., Waghmare U.V., Spaldin N.A., Rabe K.M., Wuttig M., Ramesh R.: „Epitaxial BiFeO3 Multiferroic Thin Film Heterostructures”, Science 299, (2003), 1719.
• [4] Smolenskii G.A., Isupov V.A., Agranovskaya A.I., Krainik N.N.: „New ferroelectrics of complex composition IV”, Sov. Phys. Solid State, 2, (1961), 2651.
• [5] Pradhan A.K., Zhang K., Hunter D., Dadson JB., Loutts G.B., Bhattacharya P., Katiyar R., Zhang J., Sellmyer D.J., Roy U. N., Cui Y., Burger A.: „Magnetic and electrical properties of single-phase multiferroic BiFeO3”, J. Appl. Physi., 97, (2005), 093903.
• [6] Pampuch R., Stoch L.: „Materiały inteligentne: zaawansowane materiały ceramiczne i szkła”, Inżynieria. Materiałowa, 25, (2004), 76-80.
• [7] Yuan G.L.,  Or S.-W., Chan H.L.W.: „Raman scattering spectra and ferroelectric properties of Bi1−xNdxFeO3 (x=0–0.2) multiferroic ceramics”, J. Appl. Phys., 101, (2007), 064101.
• [8] Belsky A., Hellenbrandt M., Karen V.L., Luksch P.: Acta Cryst. B 58, (2002), 364-369.
• [9] Boukamp B.: „A Nonlinear Least Squares Fit procedure for analysis of immittance data of electrochemical systems”, Solid State Ionics, 20, (1986), 31–44.
• [10] Barsukov E., Ross Macdonald J., (Red).: Impedance spectroscopy, theory, experiment, and applications, John Willey &Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2005
• [11] Bogusz W., Krok F.: Elektrolity stałe. Właściwości elektryczne i sposoby ich pomiaru, WNT Warszawa (1995).
• [12] Lisińska-Czekaj A., Jartych E., Mazurek M., Dzik J., Czekaj D.: „Dielektryczne i magnetyczne właściwości ceramiki multiferroicznej Bi5Ti3FeO15”, Materiały Ceramiczne, 62, 2, (2010), 126-133.
• [13] Boukamp B.A., A linear Kronig-Kramers transform test for immitance data validation”, J. Electrochem. Soc., 142, (1995), 1885–1894.
• [14] Nocuń M.: Wprowadzenie do spektroskopii impedancyjnej w badaniach materiałów ceramicznych, Wydawnictwo Naukowe Akapit, Kraków (2003).
• [15] Nitsch K.: Zastosowanie spektroskopii impedancyjnej w badaniach materiałów elektronicznych, O. Wyd. Polit. Wrocławskiej, Wrocław (1999).