Óxidos con estructura tipo perovsquita laminar: síntesis, características estructurales y propiedades eléctricas

Abstract

Los óxidos tipo Aurivillius presentan una estructura perovsquita laminar, constituida por el apilamiento de capas tipo perovsquita [A n-1 B n O 3n+1 ] y capas [Bi 2 O 2 ]. Se estudia la estabilidad estructural de estos óxidos en función de los radios iónicos de los cationes que participan en ellos y de la influencia de pares electrónicos libres (ns 2 ) asociados a los cationes que constituyen la capa de bismuto. Se han puesto a punto métodos alternativos que permiten optimizar las condiciones de síntesis y abaratar los sistemas de producción, como el de activación mecanoquímica. Se muestran ejemplos de fases de Aurivillius, en los que se pone de manifiesto las propiedades ferro-piezoeléctricas y de conductividad iónica de estos materiales. La mesoestructura y propiedades ferro-piezoeléctricas se ven netamente mejoradas gracias a la utilización del método mecanoquímico. Se demuestra que la T c es fuertemente dependiente de la estructura cristalina, la cual depende del tamaño y naturaleza de los cationes que constituyen cada fase. La conductividad iónica en estos materiales se produce por salto de iones oxígeno entre posiciones ocupadas y vacantes en la capa perovsquita, mientras que es insensible a la presencia de vacantes aniónicas en la capa de bismuto. Tratamientos mecánicos permiten el reciclado de ciertos materiales deteriorados en ciclos térmicos. Palabras clave: Perovsquitas laminares; pares electrónicos no enlazados; activación mecanoquímica; ferro-piezoelectricidad; conductividad iónica. Layered Perovskite Oxides: Synthesis, Structural Characteristics and Electrical PropertiesThe Aurivillius type oxides show a layered perovskite structure, built up by the interleaved of perovskite [A n-1 B n O 3n+1 ] and [Bi 2 O 2 ] sheets. The structural stability of these oxides is presented as a function of the ionic radii and lone pair of electrons (ns 2 ) of cations. New mechanochemical activation synthesis methods have been used in order to facilitate the preparation of Aurivillius phases and to cheapen their production systems. Some Aurivillius ferro-piezoelectric and ionic conductors examples are shown. The mesostructure and ferro-piezoelectric properties are improved by processing materials from mechanochemically activated amorphous powdered precursors. Change in unit-cell volume of these materials, by means of cationic substitutions, are responsible for the changes of their T c . Ionic conductivity in Aurivillius oxides occurs by hopping between neighboring oxygen positions within perovskite layer while ion migration within bismuth layer would have a negligible contribution. Mechanical processes can recycle some of these materials, damaged by consecutive thermal treatments. INTRODUCCIÓNLos óxidos pertenecientes al tipo estructural de las perovsquitas son conocidos por el gran número de propiedades físi-cas de interés que pueden presentar, las cuales pueden controlarse atendiendo a tres aspectos: la composición química, puesto que es posible realizar dopados y sustituciones catió-nicas en ellos; la estructura c...

New Bi2Mo1-xWxO6 Solid Solution: Mechanosynthesis, Structural Study, and Ferroelectric Properties of the x = 0.75 Member

“…The X-ray diffraction patterns recorded at higher temperatures (Figure ) confirm the formation of one well defined and very crystalline Aurivillius-type phase in the temperature range observed in DTA. The existence of two peaks can be attributed to the formation of an intermediate fluorite-like phase before the crystallization of the Aurivillius oxide, similarly to that reported for other related oxides such as Bi 2 MoO 6 , , Bi 3 TiNbO 9 , and Bi 4 Ti 3 O 12 . Unfortunately, in the present cases the fluorite phases cannot be isolated because they transform to the final Aurivillius phase at a temperature very close to that of their formation.…”

“…Bismuth molybdates have been largely studied because of their interesting catalytic properties in selective olefin oxidation and ammonoxidation processes. , Perhaps Bi 2 MoO 6 is one of the most complex compounds belonging to this system, because it crystallizes in four polymorphic phases, that can be isolated at increasing temperatures depending on the synthesis protocol, with each of them exhibiting different applications as ionic conductor, ferroelectric material, and also catalyst , The γ(L) phase is easily obtained by the traditional ceramic route, at moderate temperatures, remaining stable up to 600 °C, when a reversible γ(L)↔γ(I) transition occurs. Both γ(L) and γ(I) phases show a layered Aurivillius-type structure, where infinite [Bi 2 O 2 ] and [MoO 4 ] sheets alternate along one of the crystallographic axes.…”

Conductividad eléctrica en corriente alterna de materiales cerámicos aurivillius de composición Pb_xBi₄Ti_3+xO_12+3x, x=0,1,2 y 3

“…Existe entonces un número menor de vacantes de oxígeno al aumentar capas de perovskita. Así, la disminución de la conductividad ca con el incremento de PT (Figura 2) se explica si el mecanismo de conducción predominante es por vacantes de oxígeno (12,13). Otro factor que puede explicar la disminución de la conductividad, quizá en menor grado, es la morfología de las placas que constituyen la microestructura.…”

Procesamiento y caracterización microestructural del material ceramic ferroeléctrico PbBi4Ti4Nb0,06O15,15

“…La alta conductividad reduce las posibilidades de polarización de una cerámica ferroeléctrica y, con ello, se deterioran las propiedades piezoeléctricas [5,6,7]. Varios trabajos se han realizado con el fin de procesar materiales con estructura laminar de bismuto de baja conductividad, basados en el titanato de bismuto, Bi 4 Ti 3 O 12 (BIT); la idea principal ha sido dopar el material con elementos tales como el tungsteno y el niobio, con resultados prometedores pero aún no definitivos [8,9,10,11,12]. Por otra parte, se han estudiado materiales de la serie Pb x Bi 4 Ti 3+x O 12+3x con x = 0, 1, 2 y 3, y en ellos se ha observado que el incremento del porcentaje de plomo en la composición da lugar a una disminución de la conductividad eléctrica [13,14].…”