Impedance and AC conductivity study of nano crystalline, fine grained multiferroic bismuth ferrite (BiFeO3), synthesized by microwave sintering

Abstract

In this paper, major reduction in sintering time,temperautre and significant improvement over final density of sitnered sample is reported for the microwave sintered nanocrystalline BiFeO 3 (BFO) ceramic. Also, different sintering time and temperatures have been used to tailor the grain size and the final density of the resulting BFO ceramics synthesized from phase pure BFO nanoparticles (d ≈ 10 nm). Microwave sintering resulted in reducing the sintering time substantially (by 1h), and has resulted in submicron sized grains and high resistivity ∼ 1.8 GΩ-cm. The AC conductivity is seen to follow the Jonscher's power law behavior, suggesting correlated barrier hopping (CBH) mechanism in the sample. The role of oxygen vacancies at high temperature, due to volatility of bismuth, in dielectric and conductivity behavior is also discussed. Further, the sample displayed dielectric anomaly near magnetic transition temperature (∼180 • C) indicating bearing of magnetic moments on the dielectric properties. Using Impedance Spectroscopy (IS) we have established, the electrical heterogeneity of the ceramic BFO reavealing semiconducting nature of grains and insulating nature of grain boundary. This, formation of network of insulating grain boundaries and semiconducting grains could lead to formation of internal barrier layer capacitance (IBLC) leading to high dielectric constant in microwave sintered BFO. C 2015 Author(s). All article content, except where otherwise noted, is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. [http://dx.

Processing and properties of Bi0.98R0.02FeO3 (R = La, Sm, Y) ceramics flash sintered at ~650°C in <5 s

“…The conductivity of BF‐related samples prepared by SPS is much higher than of flash sintered specimens . Microwave sintered samples also show higher conductivity and low activation energies …”

“…[40][41][42][43][44] Microwave sintered samples also show higher conductivity and low activation energies. 45…”

Ас-электропроводность керамики BiFeO-=SUB=-3-=/SUB=-, полученной методом искрового плазменного спекания нанопорошка

“…Одним из факторов, существенно влияющих на темпе-ратурную зависимость электропроводности BFO, явля-ется нестехиометрия состава по кислороду [7,17]. Кон-центрация ионов железа Fe 2+ увеличивается с ростом температуры согласно следующей окислительно-восста-новительной реакции [17]:…”

“…Кон-центрация ионов железа Fe 2+ увеличивается с ростом температуры согласно следующей окислительно-восста-новительной реакции [17]:…”

“…Другие [8,9] причиной анома-лии считают присутствие сопутствующих фаз, таких как Bi 25 FeO 39 (силленит), Bi 2 O 3 и γ-Fe 2 O 3 (маггемит). Диэлектрический отклик и электропроводность кера-мики BFO существенно зависят также от условий ее термообработки [10][11][12], размеров зерен и контактов на межзеренных границах [4,[13][14][15][16][17].…”