Synthesis, structure and dielectric properties of Bi1-xNdxFeO3

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

Warianty tytułu

PL

Synteza, struktura i właściwości dieletryczne Bi1-xNdxFeO3

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

Abstrakty

EN

In the present study Bi1-xNdxFeO3 (x=0.1-0.4) ceramic powders were synthesized by the conventional mixed oxide method. Stoichiometric mixture of the powders was thermally analysed with Netzsch STA-409 system so parameters of the thermal treatment were determined. Morphology of the ceramic material was observed by scanning electron microscopy, whereas the crystalline structure was studied by X-ray diffraction method. It was found that chemical composition of the ceramic samples corresponds well to the initial stoichiometry of the ceramic powders. An increase in neodymium content caused a decrease in the average size of the ceramic grains. Crystalline structure of Bi1-xNdxFeO3 ceramics for x <0.2 was decribed by rhombohedral symmetry whereas for x >0.3 by orthorhombic symmetry. Dielectric properties were studied within a range of frequency v=20Hz - 1MHz at room temperature by impedance spectroscopy. The Kramers-Kronig data validation test was employed in the present impedance data analysis. Impedance data were fitted to the corresponding equivalent circuit using the CNLS fitting method.

PL

W niniejszej pracy przedstawiono rezultaty badań poświęconych wytwarzaniu i charakterystyce właściwości ceramiki Bi1-xNdxFeO3(x=0.1-0.4). W oparciu o analizę termiczną (DTA) i termograwimetryczną (TG/DTG) dobrano warunki obróbki cieplnej stechiometrycznej mieszaniny tlenków wyjściowych (Bi2O3, Fe2O3 i Nd2O3). Morfologie przełamu wytworzonej ceramiki Bi1-xNdxFeO3 obserwowano przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Obrazy SEM ceramiki Bi1-xNdxFeO3wykazały, że stężenie neodymu ma znaczący wpływ na rozrost ziarna. Wraz ze wzrostem zawartości neodymu, zmniejsza się wielkość ziarna. Analiza RTG otrzymanej ceramiki Bi1-xNdxFeO3 pozwoliła stwierdzić, że dla x 60,2 układ przyjmuje strukture romboedryczną, natomiast dla x >0,3 strukturę wytworzonego materiału ceramicznego należy opisywać symetrią rombową. Do badania zależności impedancji |Z| i kaąa przesunięcia fazowego w funkcji częstotliwości w zakresie od f = 10 Hz do f = 1 MHz zastosowano sterowany komputerowo miernik impedancji typu QuadTech-1920. Analizę danych eksperymentalnych przeprowadzono metodą CNLS. Dane eksperymentalne otrzymane w wyniku badania ceramiki poddano analizie zgodności danych z wykorzystaniem równan Kramersa-Kroninga.

Słowa kluczowe

EN

BiFeO3; Nd3+ doping; ceramics; impedance; spectroscopy

PL

BiFeO3; ceramika; impedancja; spektroskopia impedancyjna

• 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: 1119--1125
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dzik J.

autor

Bernard H.

autor

Osińska K.

autor

Lisińska-Czekaj A.

autor

Czekaj D.

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

Bibliografia

• [1] J.-M. Liu, Q. C. Li, X. S. Gao, Y. Yang, X. H. Zhou, X. Y. Chen, Z. G. Liu, Order coupling in ferroelectromagnets as simulated by a Monte Carlo method, Phys. Rev. B 66, 054416, 1-11 (2002).
• [2] N. A. Hill, Why Are There so Few Magnetic Ferroelectrics?, J. Phys. Chem. B 104, 6694-6709 (2000).
• [3] 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).
• [4] G. A. Smolenskii, V. A. Isupov, A. I. Agranovskaya, N. N. Krainik, Sov., New ferroelectrics of complex composition IV, Phys. Solid State 2, 2651 (1961).
• [5] K. Takahashi, N. Kida, M. Tonouchi, Phys Rev Lett 96, 117402 (2006).
• [6] V. L. Mathe, K. K. Patankar, R. N. Patil, C. D. Lokhande, Synthesis and dielectric properties of Bi1-xNdxFeO3 perovskites, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 270, 3, 380-388 April (2004).
• [7] G. L. Yuan, Or D. Siu-wing, L. Helen, W. Chan, Raman scattering spectra and ferroelectric properties of Bi1-xNdxFeO3 (x=0-0.2) multiferroic ceramics, Journal of Applied Physics 101, 064101 (2007).
• [8] A. Belsky, M. Hellenbrandt, V. L. Karen, P. Luksch, Crist Acta. B58, 364-369 (2002).
• [9] B. Boukamp, A Nonlinear Least Squares Fit procedure for analysis of immittance data of electrochemical systems, Solid State Ionics 20, 31-44 (1986).
• [10] P. Zoltowski, Non-traditional approach to measurement models for analysis of impedance spectra, Solid State Ionics 176, 1979-1986 (2005).
• [11] A. Lisińska-Czekaj, D. Czekaj, Synthesis of Bi5TiNbMO15 ceramics, Archives of Metallurgy and Materials 54, 4, 869-874 (2009).
• [12] L. Kozielski, M. Adamczyk, Electrical and mechanical examination of PLZ graded structure for photovoltaic driven piezoelectric transformers 54, 4, 973-978 (2009).
• [13] E. Barsukov, J. Ross Macdonald, (Red.), Impedance spectroscopy, theory, experiment, and applications, John Willey & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, (2005).
• [14] W. Bogusz, F. Krok, Elektrolity stałe. Właściwości elektryczne i sposoby ich pomiaru, WNT Warszawa (1995).
• [15] B. A. Boukamp, Electrochemical impedance spectroscopy in solid state ionics; Recent advances, Solid State Ionics 169, 1-4, 65-73 (2004).
• [16] B. A. Boukamp, A linear Kronig-Kramers transformation test for immitance data validation, Journal of the Electrochemical Society 142, 6, 1885-1894 (1995).