Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Magnetoelectric coupling measurement techniquesin multiferroic materials

Grotel Jakub

Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska

|

2021

|

T. 11, nr 1

10--14

EN

Magnetoelectric multiferroics are solid-state materials which exhibit a coupling between ferroelectric and magnetic orders. This phenomenon is known as the magnetoelectric (ME) effect. Multiferroic materials possess a wide range of potential applications in such fields as metrology, electronics, energy harvesting & conversion, and medicine. Multiferroic research is facing two main challenges. Firstly, scientists are continuously trying to obtain a material with sufficiently strong, room-temperature ME coupling that would enable its commercial application. Secondly, the measurement techniques used in multiferroic research are often problematic to implement in a laboratory setting and fail to yield reproducible results. The aim of the present work is to discuss three most commonly used methods in multiferroic studies; the lock-in technique, the Sawyer-Tower (S-T) circuit and dielectric constant measurements. The paper opens with a general description of multiferroics which is followed by mathematical representation of the ME effect. The main body deals with the description of the aforementioned measurement techniques. The article closes with a conclusion and outlook for future research.

PL

Magnetoelektryczne multiferroiki należą do grupy materiałów, które wykazują sprzężenie pomiędzy uprządkowaniem ferroelektrycznym a magnetycznym. Zjawisko to nosi nazwę sprzężenia magnetoelektrycznego (ME). Multiferroiki posiadają szereg potencjalnych zastosowań w takich dziedzinach jak metrologia, elektronika, pozyskiwanie i konwersja energii czy medycyna. Badania nad multiferroikami stoją przed dwoma głównymi wyzwaniami. Po pierwsze, naukowcy nieustannie próbują uzyskać materiał o wystarczająco silnym sprzężeniu ME w temperaturze pokojowej, który umożliwiłby jego komercyjne zastosowanie. Po drugie, techniki pomiarowe stosowane w badaniach multiferroików są często problematyczne we wdrażaniu ich w warunkach laboratoryjnych i nie umożliwiają otrzymania powtarzalnych wyników. Celem niniejszej pracy jest omówienie trzech najczęściej stosowanych metod w badaniach nad multiferroikami; techniki lock-in, mostka Sawyera-Towera (S-T) i pomiarów stałej dielektrycznej. Artykuł rozpoczyna się od ogólnego opisu multiferroików, po którym następuje matematyczne przedstawienie efektu ME. W głównej części omówiono wyżej wymienione techniki pomiarowe. Artykuł zamyka podsumowanie i perspektywy przyszłych badań.

2

Multivoltaic GaSe clathrate as new hybrid functional nanostructure

Ivashchyshyn Fedir, Pidluzhna Anna, Calus Dariusz, Hryhorchak Orest, Chabecki Piotr, Makarchuk Oleksandr

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2021

|

Vol. 69, nr 2

art. no. e136726

EN

The electrical properties and behaviour in constant magnetic field of fourfold expanded GaSe matrix intercalated with SmCl 3 guest were investigated by means of impedance spectroscopy and cyclic voltammetry. It was determined that the synthesized GaSe< SmCl 3> clathrate of 4-fold expansion demonstrates the coexistence of mechanisms of generation, transformation and accumulation of electric energy on a quantum level. These mechanisms are driven from external sources of magnetic, thermal and electric field without Faradaic reactions. Therefore, investigated GaSe< SmCl 3> structure is of great attraction in multivoltaics as a prototype of new class of materials. Quantum mechanical model of electro motive force of spin nature is proposed. The main focus of work lies in the prospects of synthesized clathrates for the development of power nanosources and gyrator-free delay nanolines controlled by means of magnetic field.

3

Zależność częstotliwościowa napięciowego współczynnika magnetoelektrycznego w ceramikach (BiFeO3)x-(BaTiO3)1-x

Pikula T., Kowal K., Guzdek P.

Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska

|

2015

|

nr 4

62--69

PL

Zależność właściwości magnetoelektrycznych od składu chemicznego w ceramikach (BiFeO3)x-(BaTiO3)1-x została w ostatnim czasie zaobserwowana i odnotowana w literaturze. Pomiary efektu magnetoelektrycznego (ME) w tych materiałach wykonywane były metodą dynamiczną. Próbki o x = 0,9, 0,8 i 0,7 umieszczano w stałym (DC) polu magnetycznym generowanym przez elektromagnes, na które nałożono zmienne (AC) pole magnetyczne o częstotliwości f = 1kHz wytwarzane przez cewki Helmholtza. W niniejszej pracy przedstawiono podstawy teoretyczne tego rodzaju pomiarów oraz wyznaczono optymalną częstotliwość pola AC, która minimalizuje procesy powodujące redukcję mierzonego sygnału napięciowego.

UK

Залежність магнітоелектричних властивостей від хімічного складу кераміки (BiFeO3)x-(BaTiO3)1-x цей факт був досліджений нещодавно і занотований в літературі. Вимірювання магнітоелектричного ефекту (ME) в цих матеріалах були виконані за допомогою динамічною методу. Зразки o x = 0,9, 0,8 i 0,7 розміщені в магнітному полі постійного струму (DC), що генерується електромагнітом, на який накладено змінне (AC) магнітне поле з частотою f = 1 кГц, утворюване катушками Гельмгольца. В цій статті показана теоретична основа цього виду вимірювання та визначена оптимальна частота поля АС, яка мінімалізує процеси, які зменшують вимірюваний сигнал напруги.

EN

Composition-dependent magnetoelectric properties of sintered (BiFeO3)x-(BaTiO3)1-x ceramics have been recently observed and reported in the literature. Measurements of the magnetoelectric effect (ME) for these materials have been performed by usage of the dynamic method. The samples with x = 0.9, 0.8 and 0.7 were placed in a static (DC) magnetic field created by an electromagnet on which a sinusoidal (AC) magnetic field with a frequency of 1 kHz produced by Helmholtz coils was superimposed. In this work the theory of the dynamic measurement was presented and the optimal frequency of the AC field was determined in order to minimize the processes causing undesired reduction of the measured voltage signal.

4

The influence of microstructure on the magnetoelectric effect in ceramic composites

Bartkowska J. A., Bochenek D., Michalik D., Niemiec P.

Materiały Ceramiczne

|

2014

|

T. 66, nr 3

229--234

EN

In the multiferroic composite material, the ferroelectric and ferromagnetic properties are closely correlated through the coupling interaction between the electric and magnetic orders. We attempted to receive the magnetoelectric composite materials and to determine the values of magnetoelectric coupling coefficient. The microstructure of obtained ferroelectric-ferromagnetic composite materials were also studied. The main component of the ferroelectric-ferromagnetic composite was PZT type powder (with ferroelectric properties) which was synthesized using the sintering of a mixture of simple oxides in a solid phase. The second element of the ferroelectric-ferromagnetic composite was the ferrite powder with ferromagnetic properties. The ferrite powder was synthesized using calcination. Next, the mixed components were compacted by pressing, consequently pressureless sintered and characterized. Based on the theoretical model of coupling between ferroelectric and ferromagnetic properties in multiferroic composites, values of the magnetoelectric coupling coefficients were specified.

PL

Ferroelektryczność i ferromagnetyzm w multiferroikowym materiale kompozytowym są ze sobą ściśle związane poprzez oddziaływanie sprzężenia pomiędzy uporządkowaniem elektrycznym i magnetycznym. Podjęto próbę otrzymania magnetoelektrycznego materiału kompozytowego i określono wartości współczynnika sprzężenia magnetoelektrycznego. Zbadano także mikrostrukturę otrzymanego materiału kompozytowego. Głównym składnikiem kompozytu ferroelektryczno-ferromagnetycznego był proszek typu PZT o ferroelektrycznych właściwościach, który zsyntezowano z mieszaniny prostych tlenków w fazie stałej. Drugim składnikiem kompozytu ferroelektryczno-ferromagnetycznego był proszek ferrytowy o właściwościach ferromagnetycznych. Proszek ferrytowy zsyntezowano metodą kalcynacji. Następnie mieszanina składników została zagęszczona poprzez prasowanie i poddana swobodnemu spiekaniu. Wartości współczynnika sprzężenia magnetoelektrycznego zostały określone na podstawie teoretycznego modelu sprzężenia pomiędzy właściwościami ferroelektrycznymi i ferromagnetycznymi w kompozycie multiferroikowym.

5

Ferroelectric and ferromagnetic properties of the (1–x)NiZnFeO4-(x)Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 composite

Bochenek D., Niemiec P., Zachariasz R., Guzdek P., Chrobak A., Ziółkowski G.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 2

86--91

EN

In the work the (1–x)NiZnFeO4-(x)Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 (NZF-PFN) composite of ferroelectromagnetic properties for x = 0.6 was obtained. The nickel-zinc ferrite as a magnetic component of the composite was to increase the magnetic properties of Pb(Fe1/2Nb1/2)O3, and at the same time to increase a coupling between the magnetic and electric sub-systems in the NZF-PFN composite. The synthesis of the NZF-PFN composite components was performed by the powder calcination method, whereas compacting of the synthesized composite powder by the free sintering method. Derivatographic, X-ray, microstructural, dielectric, magnetic, magnetoelectric examinations have been done for the obtained specimens. The results were presented in the Figures from 1 to 11. Magnetoelectric properties of NZF-PFN are eminently suitable for applications in sensors, actuators and transducers. The examinations showed occurrence of an influence of the magnetic subsystem on the electric properties in the NZFPFN composite.

PL

W pracy otrzymano kompozyt (1–x)NiZnFeO4-x)Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 (NZFPFN) dla x = 0,6, o właściwościach ferroelektromagnetycznych. Niklowocynkowy ferryt jako magnetyczny składnik kompozytu miał za zadanie zwiększenie magnetycznych właściwości Pb(Fe1/2Nb1/2)O3, a tym samym zwiększenie sprzężenia pomiędzy podukładami: magnetycznym i elektrycznym w ferroelektromagnetycznym kompozycie NZF-PFN. Syntetyzowanie składników kompozytu NZF-PFN przeprowadzono metodą kalcynacji proszków, natomiast zagęszczanie zsyntetyzowanego kompozytowego proszku metodą spiekania swobodnego. Dla otrzymanych próbek przeprowadzono badania derywatograficzne, rentgenowskie, mikrostrukturalne, dielektryczne, magnetyczne, magnetoelektryczne oraz mechaniczne próbek kompozytowych. Wyniki zostały zaprezentowane na rysunkach od 1 do 11. Właściwości elektromagnetyczne kompozytów NZF-PFN są szczególnie odpowiednie do zastosowań praktycznych w sensorach, mechanizmach napędowych i przetwornikach. Badania wykazały występowanie wpływu podukładu magnetycznego na właściwości elektryczne w kompozycie NZF-PFN.

6

Morphotropic phase boundary in Bi1-xCaxFe1-x/2Nbx/2O3 multiferroics

Troyanchuk I. O., Karpinsky D. V., Tereshko N. V., Fedotova V. V., Kopcewicz M., Kozak C.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2013

|

R. 89, nr 3b

264--266

EN

Investigation of crystal structure, magnetic and piezoelectric properties of polycrystalline Bi1-xCaxFe1-x/2Nbx/2O3 system was performed by X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy, Vibrating Sample Magnetometry (VSM), and Piezoresponse Force Microscopy (PFM). It is shown that increasing niobium content induces a polar-to-nonpolar morphotropic boundary near the x=0.19. The piezoresponse is significantly enhanced near the morphotropic boundary. The piezoelectric properties of parent antiferromagnet BiFeO3 with a cycloidal spatially modulated spin structure and polar weak ferromagnet Bi0.82Ca0.18Fe0.91Nb0.09O3 are compared and analyzed.

PL

Struktura krystaliczna oraz właściwości magnetyczne i piezoelektryczne polikryształu Bi1-xCaxFe1-x/2Nbx/2O3 zostały zbadane przy użyciu dyfrakcji rentgenowskie, spektroskopii Mosswbauera, magnetometrii z wibrującą próbką (VSM) oraz mikroskopii odpowiedzi elektrycznej (PFM). Wykazano, że rosnąca zawartość niobu wymusza powstanie granicy morfotropowej pomiędzy obszarem polarnym i nie polarnym w pobliżu x=19. Odpowiedź piezoelektryczna jest znacząco lepsza w pobliżu granicy morfotropowej. Zbadano i porównano właściwości piezoelektryczne macierzystego antyferromagnetyka BiFeO3 z cykloidalnym modulowanym przestrzennie momentem spinowym oraz słabego ferromagnetyka polarnego Bi0.82Ca0.18Fe0.91Nb0.09O3.

7

Mechanical losses and dielectric properties in ferroelectric-ferromagnetic composites

Zachariasz R., Bochenek D., Ilczuk J.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 4

245--249

EN

The work presents the technology and investigation results of ferroelectric-ferromagnetic composites based on ferroelectric powders of the PZT type and ferrite. The ferroelectric powder comprised two PZT type compositions: Pb0.84Ba0.16(Zr0.54Ti0.46)O3 + 1.0%at. Nb2O5 (PBZTN) and Pb(Zr0.51Ti0.49)O3 + 0.2%at. Bi2O3 + 0.03%at. Nb2O5 + 0.06%at. MnO2(PZTBNM). The initial constituents for obtaining the PZT type powders included oxides: PbO, ZrO2, TiO2, Nb2O5, Cr2O3 as well as carbonates: barium BaCO3 and strontium SrCO3. In the PZT-ferrite composites, the synthesized ferroelectric powder constituted 90%, whereas the ferrite powder (Ni0.64Zn0.36Fe2O4) was 10%. Temperature examinations of the internal friction (IF) of the PZT-ferrite type composites, which belong to nondestructive methods of material examination in mechanical spectrometry, and also measurements of the dielectric properties were performed. The IF method enabled the authors to determine mechanical properties such as mechanical losses or value of Young's modulus in a broad range of temperatures. For both the investigated composites, an increase in mechanical losses Q–1 and decrease in Young's modulus Y with an increase in temperature were observed. At the phase transition point connected with an electric sub-system change while changing from the ferroelectric to paraelectric state, a rapid increase in Young's modulus Ywas observed. It was confirmed in further investigations of dielectric properties ε(T) i tan δ(T).

PL

Praca przedstawia technologię i rezultaty badań dwóch ferroelektryczno-ferromagnetycznych kompozytów, otrzymanych na bazie ferroelektrycznych proszków typu PZT i ferrytu. Proszek ferroelektryczny stanowiły dwa składy typu PZT: Pb0.84Ba0.16(Zr0.54Ti0.46)O3 + 1.0%at. Nb2O5 (PBZTN) i Pb(Zr0.51Ti0.49)O3 + 0.2%at. Bi2O30.03%at. Nb2O5 + 0.06%at. MnO2(PZTBNM). Składnikami wyjściowymi do otrzymywania proszków typu PZT były tlenki: PbO, ZrO2, TiO2, Nb2O5,Cr2O3oraz węglany: baru BaCO3 i strontu SrCO3. W kompozytach typu PZT-ferryt zsyntetyzowany proszek ferroelektryczny stanowił 90%, natomiast proszek ferrytowy (Ni0.64Zn0.36Fe2O4) stanowił 10%. Przeprowadzono temperaturowe badania tarcia wewnętrznego (TW) kompozytów typu PZT-ferryt, które należą do nieniszczących metod badań materiałów w spektroskopii mechanicznej, a także pomiary właściwości dielektrycznych (temperaturowe zależności przenikalności elektrycznej i tangensa kąta strat dielektrycznych). Metoda TW pozwoliła określić właściwości mechaniczne, takie jak straty mechaniczne czy wartość modułu Younga, w szerokim zakresie temperatur. Dla obu badanych kompozytów zaobserwowano wzrost wartości strat mechanicznych Q–1 wraz ze wzrostem temperatury oraz spadek modułu Younga Y. W punkcie przemiany fazowej, związanej z przemianą podukładu elektrycznego przy przejściu ze stanu ferroelektrycznego w paraelektryczny, obserwowano gwałtowny spadek wartości modułu Younga Y. Przemiana ta została potwierdzona w kolejnych badaniach właściwości dielektrycznych ε(T) i tan c(T).

8

Ferroelectric-ferromagnetic composites of based on Pb(Fe1/2Nb1/2)O3

Bochenek D., Niemiec P., Chrobak A., Ziółkowski G., Zachariasz R.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 1

59-64

EN

Ferroelectric ferromagnetic composites based on ferroelectromagnetic PbFe1/2Nb1/2O3 powder and ferrite powder (zinc -nickel ferrite-NiZnFe and zinc manganese ferrite -MnZnFe) were obtained in the presented study. The volume fraction of ferroelectromagnetic powder in the composite PFN-MnZnFe was equal to 90%, while the ferrite powder fraction was 10%. Synthesis of the components of the ferroelectric ferromagnetic composite was done by the powder calcination method. Final densification was done by the pressureless sintering method. On the obtained ferroelectric ferromagnetic composites, XRD investigations were performed as well as investigations of the microstructure, EDS, dielectric, magnetic, internal friction and electrical hysteresis loop. The results of these investigations have shown that the combination of ferroelectromagnetic PFN with magnetic ferrite caused an increase in the value of the dielectric permittivity of the composite. Therefore, the addition of the ferrite (Ni1-xZnxFe2O4, Mn1-xZnxFe2O4) as an additional component improves the magnetic properties of the PFN-ferrite composite. Taking into account the fact that the electric conductivity of zinc manganese ferrite (MnZnFe) is higher than the zinc nickel ferrite (NiZnFe), it seems to be a better material for obtaining composites based on ferrite and PFN powders.

PL

W pracy otrzymano ferroelektryczno ferromagnetyczne kompozyty na bazie ferroelektromagnetycznego proszku PbFe1/2Nb1/2O3 oraz proszku ferrytowego (ferrytu niklowo-cynkowego NiZnFe oraz ferrytu manganowo cynkowego MnZnFe). W kompozycie PFN-MnZnFe ferroelektromagnetyczny proszek PFN stanowił 90%, natomiast proszek ferrytowy stanowił 10%. Syntetyzowanie składników kompozytów przeprowadzono metodą kalcynacji proszków, natomiast zagęszczanie (spiekanie) zsyntetyzowanego kompozytowego proszku metodą spiekania swobodnego. Przeprowadzono badania rentgenowskie, mikrostrukturalne, EDS, dielektryczne, magnetyczne, tarcia wewnętrznego oraz elektrycznej pętli histerezy. Przeprowadzone badania wykazały, że połączenie ferroelektromagnetyka PFN z magnetycznym ferrytem wywołuje zwiększenie wartości przenikalności elektrycznych kompozytu. Dodatkowe czynniki magnetyczne w postaci ferrytu (Ni1-xZnxFe2O4, Mn1-xZnxFe2O4) zwiększają magnetyczne właściwości kompozytu PFN-ferryt. Ze względu na dużo wyższe przewodnictwo elektryczne ferrytu cynkowo-manganowego MnZnFe do projektowania kompozytów na bazie ferroelektrycznego proszku i proszku ferrytowego należy stosować ferryty cynkowo-niklowe (NiZnFe).

9

Technology and properties of ferroelectromagnetic lead-free BFN-ferrite composites

Bochenek D., Niemiec P.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 4

1405--1409

EN

A lead free ceramic composite 0.9BaFe0.5Nb0.5O3-0.1Ni0.5Zn0.5Fe2O4 (BFN-NZF) with ferroelectromagnetic properties have been obtained in presented work. Ceramic composite powder obtained from the simple oxides Fe2O3, Nb2O5, ZnO, NiO and barium carbonate BaCO3. The composition of the composite was chosen so that the ratio of the BFN and NZF components was 90:10. The synthesis of components of BFN-NZF composite was performed using the calcination method. Final densification of synthesized powder has been done using free sintering. The XRD, the microstructure, EDS and dielectric investigations were performed. For comparison of the BFN ceramic and the BFN-NZF composites, temperature and frequency impedance research was conducted. Relaxation phenomena were observed at temperatures above 235°C in the BFN ceramic and above 150°C in the BFN-NZF composite. Obtained results show the coexistence of ferroelectric and magnetic properties. Such properties of obtained composites give the possibility to use them in magnetoelectric transducers.

PL

W niniejszej pracy otrzymano bezołowiowy ceramiczny kompozyt 0.9BaFe0.5Nb0.5O3-0.1Ni0.5Zn0.5Fe2O4 (BFN-NZF) o właściwościach ferroelektromagnetycznych. Ceramiczny proszek kompozytowy otrzymano na bazie prostych tlenków Fe2O3, Nb2O5, ZnO, NiO oraz węglanu baru BaCO3. Skład kompozytu został dobrany w taki sposób, aby stosunek składników BFN i NZF wynosił 90:10. Syntezę składników kompozytu BFN-NZF przeprowadzono metodą kalcynacji proszków. Końcowe zagęszczanie syntetyzowanego proszku zostało przeprowadzone metodą spiekania swobodnego. Zostały przeprowadzone badania XRD. mikrostrukturalne. EDS oraz właściwości dielektrycznych. Dla porównania ceramiki BFN i kompozytu BFN-NZF przeprowadzono temperaturowe i częstotliwościowe badania impedancyjne. Zjawiska relaksacyjne obserwowano w temperaturze powyżej 235°C w BFN ceramiki i powyżej 150°C w BFN-NZF kompozytu. Uzyskane rezultaty badań wskazują na współistnienie ferroelektrycznych i magnetycznych właściwości. Właściwości otrzymanych kompozytów dają możliwość wykorzystania ich do budowy przetworników magnetoelektrycznych.

10

Technology and electrophysical properties of multiferroic PZT–PFT ceramics

Niemiec P., Skulski R., Bochenek D., Wawrzała P.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 4

1361--1364

EN

We present the results of obtaining and investigating ceramic samples of solid solution (1-x)(PbZr0.53Ti0.47O3)- x(PbFe0.5Ta0.5O3) [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)(PbZr0.53Ti0.47O3)- x(PbFe0.5Ta0.5O3) [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.

11

Właściwości magnetoelektryczne roztworu stałego 0,5Bi0,95Dy0,05FeO3-0,5Pb(Fe2/3W1/3)O3

Stoch A., Stoch P., Kulawik J., Zieliński P., Maurin J.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 4

443-446

PL

Perowskity złożone oparte na kationie ołowiowym, domieszkowane Fe3+, jak Pb(Fe2/3W1/3)O3 (PWF), okazały się być interesujące ze względu na swoje unikalne zachowanie relaksorowe i magnetoelektryczne. PWF jest ferroelektrykiem z ferroelektryczną temperaturą Curie, TC, od 150 K do 200 K i jednocześnie jest antyferromagnetykiem z magnetyczną temperaturą Neela wynoszącą około 400 K. BiFeO3 jest dobrze znanym związkiem perowskitu, który wykazuje jednocześnie uporządkowanie ferroelektryczne (TC = 1110 K) i antyferromagnetyczne (TN = 610 K). Polikrystaliczną próbkę 0,5Bi0,95Dy0,05FeO3-0,5Pb(Fe2/3W1/3)O3 wytworzono, stosując standardowe procedury spiekania. Zmierzono zależność namagnesowania od pola magnetycznego (4,2 K). Otrzymano magnetoelektryczne właściwości próbki.

EN

Pb-based complex perovskites doped with Fe3+, like Pb(Fe2/3W1/3)O3 (PFW), were found to be interesting because of their unique relaxor and magnetoelectric behaviours. PFW is a ferroelectric material with the ferroelectric Curie temperature, TC, being between 150 K and 200 K, and at the same time it is an antiferromagnetic material with the magnetic Neel temperature of about 400 K. BiFeO3 is a well known perovskite compound which exhibits ferroelectric (TC = 1110 K) and antiferromagnetic (TN = 610 K) ordering simultaneously. A polycrystalline sample of 0.5Bi0.95Dy0.05FeO3-0.5Pb(Fe2/3W1/3)O3 was synthesized by using the standard sintering procedure. Magnetization vs. magnetic field (at 4.2 K) curves were determined. The magnetoelectric properties of the sample were obtained.

12

Struktura krystaliczna oraz właściwości magnetoelektryczne roztworów stałych 0,7Bi0,95Dy0,05FeO3-0,3Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 oraz 0,7Bi0,95Dy0,05FeO3-0,3Pb(Fe2/3W1/3)O3

Stoch P., Stoch A., Zachariasz P., Maurin J.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 4

541-548

PL

Materiały multiferroiczne stanowią tworzywa nowej generacji łączące w sobie przynajmniej dwa stany uporządkowania, np. ferroelektryczny oraz ferromagnetyczny. Ze względu na swoje właściwości fizyczne stały się w ostatnim okresie przedmiotem licznych badań, zarówno teoretycznych jak i aplikacyjnych. W pracy podjęto próbę syntezy dwóch typów multiferroicznych roztworów stałych 0,7Bi0,95Dy0,05FeO3-0,3Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 oraz 0,7Bi0,95Dy0,05FeO3-0,3Pb(Fe2/3W1/3)O3. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że otrzymane materiały posiadają strukturę romboedryczną typu R3c. Stosując technikę spektroskopii mössbauerowskiej pokazano przypadkowe rozmieszczenie kationów Bi3+ oraz Pb3+ w podsieci struktury krystalicznej. Wyliczono teoretycznie oraz zaobserwowano eksperymentalnie redukcję momentu magnetycznego na atomach Fe wraz ze wzrostem zawartości Pb w drugiej strefie koordynacyjnej. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów efektu magnetoelektrycznego stwierdzono, że roztwory stałe z Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 cechują się prawie 4-krotnie większymi wartościami napięciowego współczynnika magnetoelektrycznego w porównaniu z roztworami zawierającymi Pb(Fe2/3W1/3)O3.

EN

Multiferroics are new materials that exhibit at least two types of ordering in one phase for example ferroelectric and ferromagnetic. In the last couple of years, multiferroics become a subject of many theoretical and practical studies because of their unusual properties. In the present work, two kinds of solid solutions 0,7Bi0,95Dy0,05FeO3-0,3Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 and 0,7Bi0,95Dy0,05FeO3-0,3Pb(Fe2/3W1/3)O3 were synthesized. According to x-ray studies both materials crystallized in the rhombohedral R3c structure. Mossbauer spectroscopy measurements confirmed a random distribution of Bi(3+) and Pb (3+) cations at their sublattice. A gradual reduction of iron magnetic moments with increasing Pb content in the second coordination sphere was observed. Magnetoelectric voltage coefficient was also examined and the ME parameter was almost 4 times higher for solid solutions with Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 than Pb(Fe1/2Nb1/2)O3.

13

Kompozyty multiferroikowe na bazie proszku PFN i żywicy epoksydowej

Bochenek D., Zachariasz R., Surowiak Z., Pielichowski K., Hebda E.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 1

26-32

PL

W artykule przedstawiono technologię wytwarzania oraz podstawowe właściwości fizyczne kompozytu o cechach multiferroikowych, których podstawowym składnikiem był ferroelektromagnetyczny proszek PbFe0,5Nb0,5O3 (PFN) wiązany za pomocą żywicy epoksydowej. Proszki PFN otrzymano dwuetapową metodą syntezy, tzw. metodą kolumbitu, oraz mokrą metodą chemiczną - wytrącania z roztworu. Zawartość składników kompozytu wynosiła 80% proszku PFN i 20% żywicy epoksydowej. Przeprowadzono badania mikrostrukturalne, tarcia wewnętrznego i podstawowych właściwości dielektrycznych. Badania wykazały, że mikrostruktura i właściwości kompozytu zależą od metody przygotowania proszku PFN. Żywica epoksydowa zmniejsza gęstość i obniża w znaczny sposób przenikalność elektryczną próbek kompozytowych. Przy zastosowanej metodzie otrzymywania kompozytów epoksydowo-ceramicznych próbki otrzymane z proszku PFN syntetyzowanego dwuetapową metodą kolumbitu wykazały optymalne właściwości.

EN

There are presented the technology and the basic physical properties of a multiferroic composite in the paper. Ferroelectromagnetic powder of PbFe0.5Nb0.5O3 (PFN) was a basic component of the composite, and epoxy resin has been used as a binding material (matrix). Two techniques were used to obtain the PFN ceramic powder: (i) a two-stage columbite method, (ii) a wet chemical method of solution precipitation. Contents of the components were as follows: 80% PFN powder and 20% epoxy resin. Microstructural, internal friction and basic dielectric investigations of the composites have been performed. These investigations showed that the microstructure and properties of the composite depend on the method of PFN powder manufacturing. The epoxy resin decreases density of the material and considerably reduces its dielectric permittivity. Epoxy/ceramic composites originated from PFN obtained by the two-stage columbite method showed the optimal properties.

14

Magnetyczno-dielektryczne właściwości polikrystalicznej ceramiki GdxBi1-xFeO3

Ravinski A., Makoed I., Łukaszewicz T.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 3

495-498

PL

Roztwory stałe GdxBi1-xFeO3 (x = 0,0; 0,05; 0,1; 0,15) przygotowano według standardowej technologii ceramicznej. Pomiarów pętli histerezy magnetycznej GdxBi1-xFeO3 dokonano w zakresie temperatur od 5 do 300 K w polu magnetycznym o indukcji do 8 T. Wymiana jonów bizmutu przez jony gadolinu prowadzi do pojawienia się stanu słabego ferromagnetyzmu. Właściwości dielektryczne układu GdxBi1-xFeO3 zbadano w zakresie częstotliwości od 400 do 2500 cm-1.

EN

GdxBi1-xFeO3 (x = 0.0; 0.05; 0.1; 0.15) solid solutions have been prepared by a conventional ceramic processing technique. The magnetic loops of GdxBi1-xFeO3 were measured over the temperature range from 5 K to 300 K in magnetic field up to 8 T. Substitution of the gadolinium ions for the bismuth ions leads to the appearing of a weak ferromagnetic state. Dielectric properties of the GdxBi1-xFeO3 system over a frequency range of 400–2500 cm-1 have been systematically investigated.

15

Dielektryczne i magnetyczne właściwości ceramiki multiferroicznej Bi5Ti3FeO15

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

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 2

126-133

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.