Ceramic nanomaterials based on the barium and titanium compounds, prepared by the sol - gel method, for elecrotechnical applications

• Autorzy: Kogut K. , Zboromirska-Wnukiewicz B. , Kasprzyk K.

Warianty tytułu

PL

Nanomateriały ceramiczne na bazie związków tytanu i baru przygotowane za pomocą metody zol-żel do zastosowań w elektrotechnice

• Konferencja: Composites and Ceramic Materials - Technology, Application and Testing (12 ; 16-18 May 2011 ; Białowieża, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper describes the sol - gel method barium and titanium compounds materials obtaining, which their physicochemical parameters could be competitive with the materials obtained by classic methods. Additionally dielectric thin layers was obtained with the use of spin and dip coaters. Based on selected precursor elements which form appropriate crystal net, the capacitance construction was created. Dielectric in this contraction was a barium titanate with high electrical permittivity and small grain size. The optimal dry, calcinations and sintering temperature of the dielectric with base was determined. On that capacitor the microscopic analysis with the use of scanning electron microscope (SEM) was carried out. The thickness of the dielectric layer and electrical parameters use by impedance analyzer Solatron SI 1260 was carried out. The capacitance, dielectric loss and electrical permittivity was carried out, cooperative influence of the frequency and temperature on the measurements was determined. The best results had a samples sintered in the 1000°C. The electrical permittivity for measurements in few Hertz for the samples with the base of nickel and BaTiO3 layer coated by spin and dip coaters, in the room temperature and measurements for few Hertz, amount to 4700. The electrical capacity for low frequency was about 3,2ź10-8F.

PL

W pracy przedstawiono metode zol – żel otrzymywania materiałów na bazie związków tytanu i baru, których właściwości fizykochemiczne mogą być konkurencyjne dla materiałów uzyskiwanych metodami klasycznymi. Dodatkowo wykorzystując urządzenia typu spin i dip coater uzyskano cienkie warstwy dielektryczne. Na podstawie wytypowanych prekursorów pierwiastków tworzących odpowiednia sieć krystaliczna, wykonano układ pojemnosciowy, w którym dielektryk stanowił tytanian baru o wysokiej wartości przenikalności elektrycznej i niewielkich rozmiarach ziaren. Wyznaczono optymalna temperature suszenia, kalcynacji i wypalania dielektryku wraz z podłożem. Na przygotowanym elemencie stanowiącym rodzaj kondensatora wykonano analize mikroskopowa za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego oraz przeprowadzono pomiary grubości nałożonych warstw jak i pomiary właściwości elektrycznych wykorzystując analizator impedancji Solatron SI 1260. Wyznaczono pojemność elektryczną, współczynnik strat dielektrycznych, przenikalność elektryczną materiału, określając jednocześnie wpływ częstotliwości i temperatury na wyniki pomiaru. Stwierdzono, że najlepszymi wynikami charakteryzowały się próbki wypalane w temperaturze 1000 C. Wartość przenikalności przy częstotliwości pojedynczych herców dla próbek o podłożu ze stali kwasoodpornej z cienką warstwą BaTiO3 wypalanych w 1000 C, przy temperaturze pomiarowej 40-50 C, wynosiła ok. 300 zaś w podwyższonych temperaturach pomiaru przenikalność osiągała wartość rzędu 14000. Dla próbek gdzie podłoże stanowił nikiel a warstwa BaTiO3 nakładana była za pomocą metod spin coatingu i powolnego zanurzania, już w temperaturze pokojowej przy pojedynczych hercach zmierzona wartość przenikalności elektrycznej osiągała wartości rzędu 4700. Pojemność elektryczna przy pomiarze dla niskich częstotliwości osiągała wartości rzędu 3,2x10-8F.

Słowa kluczowe

EN

barium titanate; dip coating; electric permittivity; sol-gel; spin coating

PL

związki tytanu; związki baru; zanurzanie; przenikalność elektryczna; zol-żel

• 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: 2011
• Tom: Vol. 56, iss. 4
• Strony: 1057--1057
• Opis fizyczny: –-1064, Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Kogut K.

autor

Zboromirska-Wnukiewicz B.

autor

Kasprzyk K.

• Electrotechnical Institute Division, Electrotechnology Materials Science in Wrocław, 50-369 Wrocław, M. Skłodowskiej-Curie 53/61, Poland

Bibliografia

• [1] K. Kogut, B. Mazurek, K. Kasprzyk, B. Zboromirska-Wnukiewicz, Factors affecting the mechanism of flashover in metal oxide surge arrester, Archives of Metallurgy and Materials 54, 4, 1013-1020 (2009).
• [2] K. Kogut, K. Kasprzyk, B. Zboromirska-Wnukiewicz, The materials with high electrical permittivity available to the capacitive constructions, PhD Workshop, Lublin 2010, "Prace Instytutu Elektrotechniki", Paper 248, 161-174 (2010).
• [3] K. Kogut, B. Zboromirska-Wnukiewicz, K. Kasprzyk, T. Ruziewicz, K. Gryzła, R. Kłoś, The method of nanolayers preparing with high electrical permittivity, based on the barium and titanium compounds, with the use of the sol-gel method, for electrotechnical application. Phase 2., Electrotechnical Institute Technical Documentation No 500-9320-26, 2010.
• [4] R. n. Viswanath, S. Ramasamy, Preparation and ferroelectric phase transition studies of nanocrystalline BaTiO3, Nanostructured Materials 8, 2, 155-162 (1997).
• [5] Salvatore A. Bruno, Donald K. Swanson, High performance Multilayer Capacitor [6] Dielectrics from Chemically Prepared Powders, Journal American Ceramics Society 76[5], 1233-1241 (1993).
• [6] U. Hasenkox, S. Hoffmann, R. Waser, Influence of precursor chemistry on the formation of MTiO3 (M=Ba, Sr) ceramics thin films, Journal of Sol-Gel Science and Technology 12, 67-79 (1998).
• [7] R. Thomas, D. C. Dube, M. N. Kamalasanan, N. Deepak Kumar, Electrical Properties of Sol-Gel Processed Amorphous BaTiO3 Thin Films, Journal of Sol-Gel Science and Technology 16, 101-107 (1999).
• [8] K. Gomi, K. Tanaka, H. Kamiya, Effect of Miting Conditio on Sol-Gel Synthesis of Bariom Titante ultrafine Particles, KONA No. 22, 177-185 (2004).
• [9] R. Balachandran, H. K. Yow, M. Jayachandran, Wan Yusmawati Wan Yusof, V. Saaminathan, Particle Size Analysis of Barium Titanate Powder by Slow - Rate Sol-Gel Process Route, ICSE 2006 Proc., Kuala Lumpur, Malaysia, 406-409 (2006).
• [10] Hsiao-Lin, Wang, Structure and dielectric properties of Perovskite - Barium Titanate (BaTiO3), Submitted in Partial Fulfillment of Course Requirement for MatE 115, Fall 2002, San Jose State University.
• [11] O. Harizanov, A. Harizanova, T. Ivanova, Formation and characterization of sol-gel barium titanate, Material Science and Engineering B 106, 191-195 (2004).
• [12] T. Makino, M. Arimura, K. Fujiyoshi, Y. Yamasita, M. Kuwabara, Crystallinity of barium titanate nanoparticles synthesized by sol-gel method, Key Engineering Materials 350, 31-34 (2007).
• [13] http://sariyusriati.wordpress.com/2008/10/21/sol-gel-technology/
• [14] M. Jurczyk, J. Jakubowicz, Ceramic Nanomaterials, Publisher - University of Technology Poznań, Poznań 2004.
• [15] M. Veith, S. Mathur, N. Lecerf, V. Huch, T. Decker et al., Sol-Gel Synthesis of Nano-Scaled Ba-TiO3 and BaTi0,5Zr0,5O3 Oxides via Single - Source Alkoxide Precursors and Semi - Alkoxide Routes, Journal of Sol-Gel Science and Technology 15, 145-158 (2000).
• [16] Woo-Seok Cho, Structural evolution and characterization of BaTiO3 nanoparticles synthesized from polymeric precursor, J. Phys. Chem. Solids 59, 5, 659-666 (1998).
• [17] Spin Coating Process Theory Description - http://www.clean.cise.columbia.edu/process/spintheory.pdf
• [18] http://www.science.unitn.it/εgcsmfo/facilities/dip-coating.htm
• [19] H. R. C. S. Andrade, N. D. S. Mohallem, M. M. Viana, L. M. Seara, Barium titanate thin films prepared by dip-coating process, 11th International Conference on Advanced Materials Rio de Janeiro Brazil, 20 - 25 September, ICAM 2009.
• [20] J. Rosenberger, R. Nass, H. Schmidt, Crystallization behavior of barium titanate thin films, Eurogel, 91', Elsevier Science Publishers BV 92, 343-349.
• [21] http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:bgckEuOd7coJ:www.oknoserwis.pl/art,82szklo,czytelnia.html+defekty+przy+dip+coating&cd=4&hl=pl&ct=clnk&gl=pl
• [22] Epcos - General Technical Information.
• [23] J. M. J. den Toonder, C. W. Rademaker, Ching-Li Hu, Residual Stresses in Multilayer Ceramic Capacitors: Measurement and Computation, Journal of Electronic Packaging, Transaction f the ASME 125, 503-511 December 2003.
• [24] J. R. G. Keyston, J. D. Macpherson, E. W. Guptill, Coefficient of thermal expansion of barium titanate, The review of scientific instruments 30, 4, 246-248 (1959).