Compensating Defects in Highly Donor‐Doped BaTiO3

En este trabajo se estudió la incorporación del ión La 3+ en la red de BaTiO 3 . Se comprobó que bajas concentraciones de La 3+ inhiben el crecimiento de los granos de BaTiO 3 significativamente, a la vez que originan un material altamente densificado. Sin embargo, se confirmó que existe un límite de concentración de La 2 O 3 a partir del cual se observó un retardo en el sinterizado del BaTiO 3 . La incorporación de La 3+ como donor en el BaTiO 3 modificó su estructura de defectos, favoreció la formación de vacantes de titanio y lo estabilizó en una fase pseudocúbica. Este efecto también se refleja en las propiedades dieléctricas del material y en la temperatura de transición de fases cúbica-tetragonal.Palabras claves: BaTiO 3 , propiedades eléctricas, defectos iónicos, dopantes, microestructura. Study of the compensation mechanism of La 2 O 3 -doped BaTiO 3In this work, the incorporation of several concentrations of the La 3+ ion into the BaTiO 3 lattice was studied. It was verified that low La 3+concentrations inhibits the grain growth and produces a highly densified material. However, a delay in the sintering behavior in ceramics with high doping concentrations was observed. The La 3+ donor incorporation in the BaTiO 3 modified the defects structure, favored titanium vacancies formation, and stabilized a pseudocubic phase. This effect influences the dielectric properties and the cubic-tetragonal transition temperature.Key words: BaTiO 3 , electrical properties, ionic defects, dopants, microstructure. INTRODUCCIÓNEl comportamiento eléctrico de los materiales basados en BaTiO 3 para su aplicación en termistores tipo PTCR o capacitores tipo GBBL es fuertemente dependiente de su naturaleza microestructural. Al respecto, se ha determinado que la utilización de dopantes representa una manera efectiva de optimizar las propiedades microestructurales y eléctricas requeridas (1-3). En este sentido, se ha comprobado que la modificación de BaTiO 3 a partir de la adición de pequeñas cantidades de aditivos donores origina un comportamiento tipo semiconductor (4). Sin embargo, para altas concentraciones de aditivo, el BaTiO 3 revierte su comportamiento al de tipo aislante (5).La interpretación cuantitativa del fenómeno de inhibición de crecimiento de grano durante el sinterizado de BaTiO 3 dopado con donores surge a partir del modelo de formación de defectos en solución sólida (6). En este modelo, la generación de vacantes catiónicas por el proceso de dopado favorece un efecto de difusión en volumen y aumenta la cinética de densificación del material (7). A su vez, la segregación de solutos impide el movimiento de los bordes de grano. M.H. Lin y col. (8) determinaron que la formación de una fase secundaria (La 2 Ti 2 O 7 ) bloquea los caminos de difusión para la formación de cuellos de sinterización entre las partículas de BaTiO 3 en el estadío inicial de la sinterización y produce un retardo en la densificación del material.En este trabajo se analiza el efecto del dopado de BaTiO 3 con La 2 O 3 sobre las propiedades microe...

show abstract

“…Cuando se adiciona La 2 O 3 al BaTiO 3 (12)(13)(14), las posibles ecuaciones de compensación de cargas a considerar se exponen a continuación.…”

Section: Resultados Y Discusiónunclassified

Estudio del mecanismo de compensación de BaTiO3 dopado con La2O3

Ramajo¹,

Brzozowski²,

Castro³

2004

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…En este trabajo no se detectaron vacantes de Ti ionizadas, pero la generación de vacantes de titanio puede ser importante a muy altas concentraciones de aditivo (10,11 . Este es un resultado interesante para el caso de un ion dopante cuyo comportamiento típico es el de un donor en la red de BaTiO 3 .…”

Section: Resultados Y Discusiónunclassified

Estudio del perfil de defectos y de las propiedades eléctricas de BaTiO3 dopado con Nb y La

Ramajo¹,

Brzozowski²,

Castro³

2002

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

View full text Add to dashboard Cite

En este trabajo, se estudia el impacto de la adición de Nb 2 O 5 o La 2 O 3 sobre las propiedades eléctricas de cerámicos basados en BaTiO 3 . Asimismo, se estudia la influencia de estos dos típicos dopantes en los mecanismos de compensación de cargas. En este sentido, se ha determinado que la estructura de defectos en el BaTiO 3 no sólo se encuentra afectada por el tipo de dopante sino tambien por su concentración. En efecto, para bajas concentraciones de Nb 2 O 5 o La 2 O 3 , predomina un mecanismo de compensación de cargas por generación de electrones. Sin embargo, los resultados de EPR muestran que la adición de una pequeña cantidad de La 2 O 3 produce un notable incremento en la concentración de vacantes de oxígeno respecto del BaTiO 3 sin dopar. Este fenómeno podría estar asociado con un comportamiento aceptor del La al incorporarse en los sitios de Ti. Por otra parte, se ha verificado que la concentración de dopante también condiciona las propiedades eléctricas obtenidas. En efecto, en los dos sistemas estudiados se observó que para materiales dopados con una baja concentración de aditivo existe un comportamiento eléctrico tipo semiconductor a temperatura ambiente, con un efecto PTCR. Por el contrario, se ha verificado que altas concentraciones de aditivo producen un material con importantes características GBBL a temperatura ambiente y un comportamiento resistivo tipo NTCR al incrementarse la temperatura. En este caso, la reducción de un gran contenido de vacantes iónicas tipo V Ba " y la existencia de una fase vítrea rodeando los granos originan un material altamente resistivo. Este fenómeno refuerza la hipótesis en la cual vacantes de bario actúan como centros aceptores en los bordes de grano de BaTiO 3 . Palabras clave: BaTiO 3 , propiedades eléctricas, defectos iónicos, dopantes, microestructura, efecto PTCR, GBBL. Stufy of the defect profile and electrical properties of Nb and La-Doped BaTiO 3The aim of this work is to study the impact of two different and typical donor -dopants; Nb 2 O 5 and La 2 O 3 , on the electrical properties of BaTiO 3 . Besides, the influence of Nb 5+ and La 3+ on the charge compensation mechanism was evaluated. On this way, it was determined that, the defect structure is not only affected by the dopant ion but also by its concentration. Amount of dopant also affects the electrical properties of BaTiO 3 ceramics. In fact, for low Nb 2 O 5 or La 2 O 3 concentration, electronic compensation prevails, leading to a low -resistive material with an important PTCR effect. By EPR an increases in the oxygen vacancies with a low lanthanum addition was determined. This phenomenon could be associated to the lanthanum acceptor behavior. On the other hand, high dopant concentration leads to a high -resistive material showing GBBL characteristics. In this case, a high content of double -ionized barium vacancies able to trap electrons, and a thin glassy -phase film covering the BaTiO 3 grains lead to a high -resistive material. This phenomenon encourages the hypothesis in which barium vacan...

show abstract

“…The activity of fluoride in the present study is significant, as indicated from the occur rence of fluorite in association with U -bearing minerals. The mobility of U and the associated high -field strength elements (HFSE, i.e., Zr, Hf, Nb, and Ti) during fluid/rock interaction has been discussed by many authors (e.g., Chan et al, 1986;Rubin et al, 1993).…”

Section: Early High-temperature Alteration Stagementioning

confidence: 99%

Role of geochemical alteration on the formation of secondary Zr- and U-bearing minerals in El Atshan trachyte, central Eastern Desert, Egypt

El‐Naby

2009

Journal of Mineralogical and Petrological Sciences

View full text Add to dashboard Cite

El Atshan area, situated in the central Eastern Desert of Egypt, is a good location for studying the influence of high -and low -T alterations on the formation of Zr -and U -bearing minerals within a trachyte sill. These minerals are mainly represented by an unidentified secondary Zr -rich silicate mineral, betafite, and liandratite. The unidentified Zr -rich silicate mineral is considered to be an alteration product of the precursor zirconolite during high -T alteration. This is indicated by the changes in the composition marked by an increase in the amount of hydration (H 2 O), Si, and U and a decrease in the amount of Ca, Ti, Nb, and Fe. The morphology of this unidentified mineral is similar to that of zirconolite. For seven oxygen atoms, the calculated formula of the unidentified Zr -rich silicate mineral is (Si . With more extensive alteration, it was found that the unidentified secondary Zr -rich silicate mineral was unstable and it underwent re -equilibration with U -rich fluid, which led to alterations in betafite. The two possible mechanisms responsible for the alteration of the unidentified Zr -rich silicate mineral to betafite are as follows: (1) the dissolution of the unidentified Zr -rich silicate mineral and precipitation of betafite and (2) the ion -exchange between partially to fully amorphized zones and the U -rich fluid. Such alteration is indicated by a marked increase in the amount of U, Ti, and Nb and a decrease in the amount of Zr, Si, Ca, P, Y, and ΣREE.

show abstract

Compensating Defects in Highly Donor‐Doped BaTiO₃

Cited by 265 publications

References 9 publications

Estudio del mecanismo de compensación de BaTiO<sub>3</sub> dopado con La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

Estudio del mecanismo de compensación de BaTiO<sub>3</sub> dopado con La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

Estudio del perfil de defectos y de las propiedades eléctricas de BaTiO<sub>3</sub> dopado con Nb y La

Role of geochemical alteration on the formation of secondary Zr- and U-bearing minerals in El Atshan trachyte, central Eastern Desert, Egypt

Contact Info

Product

Resources

About