ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ, ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНЫЕ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ Bi4(Ti,Nb,Fe)3O12
Аннотация
Керамическим методом синтезированы титанаты Bi4Ti3–2xNbxFexO12 (0,05 ≤ x ≤ 0,15), изучены их структура и физико-химические свойства. Соединения являются полупроводниками p-типа, значения электропроводности, температуры Кюри, диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь которых уменьшаются, а параметры кристаллической структуры, коэффициент термо-ЭДС и спекаемость практически не изменяются при частичном совместном замещении титана ниобием и железом. Введение в керамику на основе слоистого Bi4Ti3O12 оксидов ниобия и железа приводит к резкому уменьшению размера зерен керамики. Переход керамики из сегнетоэлектрического в параэлектрическое состояние сопровождается скачкообразным возрастанием температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) (от (9,63–9,81)·10–6 К–1 до (12,71–14,67)·10–6 К–1) и уменьшением энергии активации электропроводности на постоянном токе (от 1,13–1,52 эВ до 0,72–0,99 эВ). Электросопротивление керамики определяется электросопротивлением зерен, а релаксационные процессы в ней носят недебаевский характер, при этом величина энергии активации релаксации для твердых растворов Bi4Ti3–2xNbxFexO12, найденная по результатам импедансной спектроскопии (1,01–1,05 эВ), близка к величине энергии активации их внутризеренной проводимости (0,85–0,97 эВ). Частотная зависимость электропроводности на переменном токе подчиняется степенному закону Джонскера σ ~ νn, где n < 1 и возрастает при увеличении температуры, что указывает на то, что перенос заряда в керамике осуществляется трансляцией ионов на небольшие расстояния, сопровождающейся переносом заряда поляронами малого радиуса.
<span style="opacity: 0;"> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . </span>
Литература
Hyatt N.C., Hriljac J.A., Comyn T.P. Cation disorder in Bi2Ln2Ti3O12 Aurivillius phases (Ln = La, Pr, Nd and Sm). Mat. Res. Bull. 2003. V. 38. P. 837–846. DOI: 10.1016/S0025–5408(03)00032–1.
Scott J.F., Araujo C.A. Ferroelectric memories. Science. 1989. V. 246. N 4936. P. 1400–1405. DOI: 10.1126/science.246.4936.1400.
Park B.H., Kang B.S., Bu S.D., Noh T.W., Lee J., Jo W. Lanthanum-substituted bismuth titan-ate for use in non-volatile memories. Nature. 1999. V. 401. P. 682–684. DOI: 10.1038/44352.
Siriprapa P., Watcharapasorn A., Jiansirisomboon S. Effects of Mn-dopant on phase, microstructure and electrical properties in Bi3.25La0.75Ti3O12 ceramics. Ceram. Int. 2013. V. 39. P. S355–S358. DOI: 10.1016/j.ceramint.2012.10.093.
Kumar S., Varma K.B.R. Structural and dielectric properties of Bi4Ti2Nb0.5Fe0.5O12 ceramics. Solid State Commun. 2008. V. 146. P. 137–142. DOI: 10.1016/j.ssc.2008.02.004.
Koroleva M.S., Piir I.V., Grass V.E., Beliy B.A., Korolev D.A., Chezhina N.V. Synthesis and Properties of Chromium-Containing Bismuth Titanate Solid Solutions with the Layered Perovskite Type Structure. Proc. Komi Sci. Centre of Ural Branch of Rus. Acad. Sci. 2012. V. 9. N 1. P. 24–28 (in Russian).
Shashkov M.S., Malyshkina O.V., Piir I.V., Koroleva M.S. Dielectric properties of iron-containing bismuth titanate solid solutions with a layer perovskite structrure. Physics of the Solid State. 2015. V. 57. N. 3. P. 518–521. DOI: 10.1134/S1063783415030312.
Villegas M., Jardiel T., Caballero A.C., Fernandez J.F. Electrical properties of bismuth titanate based ceramics with secondary phases. J. Electroceram. 2004. V. 13. P. 543–548. DOI: 10.1007/s10832–004–5155–2.
Klyndyuk A.I., Chizhova E.A., Glinskaya A.A. Synthesis and properties of niobium-, cobalt-substited solid solutions of bismuth titanate with layered perovskite structure. Proc. Nation. Acad. Sci. of Belarus. Chem. ser. 2018. V. 54. N 2. P. 154–160. DOI: 10.29235/1561–8331–2018–42–2–154–160.
Klyndyuk A.I., Chizhova E.A. Structure, Thermal Expansion, and Electrical Properties of BiFeO3–NdMnO3 Solid Solutions. Inorg. Mater. 2015. V. 51. N 3. P. 272–277. DOI: 10.1134/S0020168515020090.
Shannon R.D., Prewitt C.T. Revised values of effective ionic radii. Acta Cryst. B. 1969. V. 25. Part 5. P. 946–960.
Stojanović B.D., Simoes A.Z., Paiva-Santos C.O., Quinelato C., Longo E., Varela J.A. Effect of processing route on the phase formation and properties of Bi4Ti3O12 ceramics. Ceram. Int. 2006. V. 32. P. 707–712. DOI: 10.1016/j.ceramint.2005.05.007.
Knyazev A.V., Mąnczka M., Krasheninnikova O.V., Ptak M., Syrov E.V., Trzebiatowska-Gussowska M. High-temperature X-ray diffraction and spectroscopic studies of some Aurivilius phases. Mat. Chem. Phys. 2018. V. 204. P. 8–17. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2017.10.022.
Klyndyuk A.I., Chizhova E.A., Poznyak A.I. Preparation and characterization of Bi4–xPrxTi3O12 solid solutions. Chimica Techno Acta. 2017. V. 4. N 4. P. 211–217. DOI: 10.15826/chimtech/2017.4.4.01.
Jimenez B., Jimenez R., Castro A., Millan P., Pardo L. Dielectric and mechanoelastic relaxations due to point defects in layered bismuth titanate ceramics. J. Phys.: Condens. Matter. 2001. V. 13. N 33. P. 7315–7326. DOI: 10.1088/0953–8984/13/33/312.
Miah M.J., Akhter Hossain A.K.M. Magnetic, dielectric and com-plex impedance properties of xBa0.95Sr0.05TiO3–(1–x)BiFe0.9Gd0.1O3 multiferroic ceramics. Acta Metal Sin. (Engl. Lett.). 2016. V. 29. N 6. P. 505–517. DOI: 10.1007/s40195–016–048–z.
Jonscher A.K. The ‘universal’ dielectric response. Nature. 1977. 267. P. 673–679. DOI: 10.1038/267673a0.
Kumari S., Ortega N., Kumar A., Pavunny S.P., Hubbard J.W., Runaldi C., Srinivasan G., Scott J.F., Katiyar R.S. Dielectric anomalies due to grain boundary con-duction in chemically substituted BiFeO3. J. Appl. Phys. 2015. V. 117. P. 114102. DOI: 10.1063/1.4915110.
Koroleva M.S., Piir I.V., Istomina E.I. Synthesis, structure and electrical properties of Mg-, Ni-codoped bismuth niobates. Chimica Techno Acta. 2017. V. 4. N 4. P. 231–241. DOI: 10.15826/chimtech/2017.4.4.04.
Liu J.-W., Lu D.-Y., Yu X.-Y., Liu Q.-L., Tao Q., Change H., Zhu P.-W. Dielectric properties of Eu-doped CaCu3Ti4O12 with different compensation mechanisms. Acta Metal. Sin. (Engl. Lett.). 2017. V. 30. N 2. P. 97–103. DOI: 10.1007/s40195–016–0522–y.
