Lead-Free Ferroelectric Ceramics with Perovskite Structure

López-Juárez, Rigoberto; González, F.; Villafuerte-Castrejón, M.E.

doi:10.5772/20107

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“…Possui constante dielétrica relativamente alta (Yan et al, 2015), em temperatura ambiente no seu estado de pureza, em torno de 1.500 a 2.000 e resistividade na ordem de grandeza de até 10 10 .cm, aproximadamente (Mahbub et al, 2013) . Quando dopado com óxidos metálicos a sua constante dielétrica tende a se elevar em ordens de 10³ a 10 5 (Luoa et al, 2018) e a sua resistividade elétrica tende a diminuir para ordens entre 10 e 10 4 .cm, podendo, desta forma, exercer características de material semicondutor (Cheng, 1989;Pu et al, 2005;Gheno et al, 2007) Óxidos da família perovskita são amplamente utilizados na indústria de eletrocerâmicos, eletroeletrônicos, eletromecânicos e eletro-ópticos (Al-Shakarchi, 2010;López-Joárez et al, 2011;Asimalopoulos et al, 2014). O titanato de bário, por ser um material ferroelétrico com alta constante dielétrica em temperatura ambiente, é bastante utilizado na fabricação de capacitores multicamadas, termistores com coeficientes de temperatura positiva (PTCs), transdutores piezoelétricos e uma variedade de dispositivos ópticos (Wang et al, 2015;Mancini e Filho, 2007).…”

Section: Introductionunclassified

“…Defeitos extrínsecos, provocados pela adição de dopantes, podem promover modificações na temperatura de processamento, na microestrutura e nas propriedades elétricas e dielétricas do BaTiO3 (Kuwabara e Matsuda, 1997;López et al, 2011;Yang et al, 2016;Lu et al, 2018;Liu et al, 2019). A adição do óxido de silício (SiO2) pode aumentar sua densificação (Hsiang et al, 2008;Lee e Wang, 2009;Yadav e Gautam, 2014;, enquanto que o oxido de nióbio (Nb2O5) pode elevar sua condutividade elétrica (diminuindo a resistividade elétrica), pois o íon de nióbio (Nb 5+ ) ao substituir o íon de titânio (Ti 4+ ) pode propiciar o surgimento de vacância de titânio, criando assim, interstícios de bário e titânio respectivamente, otimizando, desta forma, os processos de difusão de portadores de carga do material (Paunovic et al, 2004;Li et al, 2015;Wu et al, 2010).…”

Section: Introductionunclassified

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MEDIDAS ELÉTRICAS E DIELÉTRICAS EM CERÂMICAS DE BaTIO3 DOPADAS COM SIO2 E Nb2O5

Sales¹,

Carvalho²

2019

HOLOS

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O presente trabalho apresenta medidas de resistividade elétrica e constante dielétrica em função da temperatura, realizadas em compostos cerâmicos de titanato de bário (BaTiO3) dopados com óxido de silício (SiO2) e óxido de nióbio (Nb2O5). Na realização das medidas elétricas foi utilizado um medidor de capacitância, indutância e resistência (LCR) acoplado a um forno mufla. As amostras de BaTiO3 foram dopadas e misturadas com percentuais diferentes de Nb2O5 e SiO2, em um moinho de bolas tipo planetário e sinterizadas a 1.350 0C no ar. Após a sinterização, foram realizadas nas amostras medidas experimentais de resistência elétrica e capacitância elétrica para a determinação da resistividade elétrica e constante dielétrica, respectivamente, em um intervalo de temperatura de 30 a 200 °C. As amostras com melhores resultados foram submetidas às técnicas de difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e Espectrometria Dispersiva de Raios X (EDS) para verificação de possíveis correlações entre a morfologia dos grãos e suas propriedades elétricas e dielétricas. Os resultados mostraram que a adição dos óxidos de silício e nióbio podem afetar sensivelmente as propriedades elétricas e dielétricas do BaTiO3, tornando-o um bom semicondutor e um excelente dielétrico, exibindo valores para a resistividade elétrica da ordem de 103 a 105 e constante dielétrica da ordem de 104 a 105. Com o a variação da temperatura, as amostras dopadas com 0,5 mol % de SiO2 e 0,75 mol % de Nb2O5 apresentaram comportamento semicondutor, com valores de resistividade da ordem de 103 (Ω.cm), e também um comportamento dielétrico colossal, com valores de constante dielétrica da ordem de 105, em temperatura ambiente. As medidas de MEV e EDS revelaram que tais comportamentos na resistividade elétrica e na constante dielétrica estão diretamente associados à redução do tamanho do grão matriz.

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Section: Introductionunclassified

MEDIDAS ELÉTRICAS E DIELÉTRICAS EM CERÂMICAS DE BaTIO3 DOPADAS COM SIO2 E Nb2O5

Sales¹,

Carvalho²

2019

HOLOS

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“…In the KNN processing the main disadvantage is the volatility of sodium and potassium at temperatures above 850 °C used at synthesis and sintering steps [9]. …”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Optical and Piezoelectric Study of KNN Solid Solutions Co-Doped with La-Mn and Eu-Fe

et al. 2016

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The solid-state method was used to synthesize single phase potassium-sodium niobate (KNN) co-doped with the La3+–Mn4+ and Eu3+–Fe3+ ion pairs. Structural determination of all studied solid solutions was accomplished by XRD and Rietveld refinement method. Electron paramagnetic resonance (EPR) studies were performed to determine the oxidation state of paramagnetic centers. Optical spectroscopy measurements, excitation, emission and decay lifetime were carried out for each solid solution. The present study reveals that doping KNN with La3+–Mn4+ and Eu3+–Fe3+ at concentrations of 0.5 mol % and 1 mol %, respectively, improves the ferroelectric and piezoelectric behavior and induce the generation of optical properties in the material for potential applications.

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“…The inducing of structural instabilities in a material by doping or substitution can lead to the enhancement of its electromechanical properties, which may be induced by compositional instability (morphotropic phase boundary (MPB)), thermal instability (polymorphic phase transition (PPT)), stress fields or external electric fields. The major insight from the work of Saito et al was to highlight that the modification of the PPT with the use of dopants (e.g., Ta and Sb) [4] led to superior piezoelectric properties at room temperature, which appeared to be caused by the proximity of the temperature-induced PPT between tetragonal and orthorhombic phases at room temperature [5][6][7]. Tantalum as a dopant in KNN is known to hinder abnormal grain growth and to decrease both the Tc and the orthorhombic-tetragonal phase transition temperatures [8].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Ferroelectric KNNT Fibers by Thermoplastic Extrusion Process: Microstructure and Electromechanical Characterization

et al. 2015

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B-site substitution in KNN with tantalum results in a higher d33 and dielectric constant. This higher value makes KNNT interesting for lead-free actuator applications. KNNT fibers with diameters of 300 and 500 μm have been extruded and sintered at 1200 °C in a KNNT-enriched atmosphere. Subsequently, the influence of fiber diameter on the microstructure (porosity and grain size) was investigated. The measurements revealed that with decreasing fiber diameter, the porosity increases, whereas the grain size decreases. The influence of these microstructural differences on the piezoelectric properties was evaluated using a novel characterization procedure for single fibers. The larger diameter fibers show an increase in the electromechanical properties measured, i.e., d33, tanδ, Pr, Ec and the free longitudinal fiber displacement, when compared to smaller diameter fibers. The lower alkali losses result in a larger grain size, a higher density during sintering and lead to higher electromechanical properties. OPEN ACCESSActuators 2015, 4 100

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Lead-Free Ferroelectric Ceramics with Perovskite Structure

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MEDIDAS ELÉTRICAS E DIELÉTRICAS EM CERÂMICAS DE BaTIO3 DOPADAS COM SIO2 E Nb2O5

MEDIDAS ELÉTRICAS E DIELÉTRICAS EM CERÂMICAS DE BaTIO3 DOPADAS COM SIO2 E Nb2O5

Optical and Piezoelectric Study of KNN Solid Solutions Co-Doped with La-Mn and Eu-Fe

Ferroelectric KNNT Fibers by Thermoplastic Extrusion Process: Microstructure and Electromechanical Characterization

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