Wp yw domieszki lantanu na w a ciwo ci Bi 4 Ti 3 O 12

Podobne dokumenty
Wp yw dodatku fosforanu glinu na w a ciwo ci niskocementowych betonów korundowych

Technologia domieszkowanej ceramiki KNN

Ćwiczenie: "Ruch harmoniczny i fale"

Otrzymywanie ceramiki tytanianu baru domieszkowanego La 3+ metod zol- el

Synteza i spiekanie ceramiki BLT domieszkowanej Fe 3+

Tytuł pracy w języku angielskim: Microstructural characterization of Ag/X/Ag (X = Sn, In) joints obtained as the effect of diffusion soledering.

Badanie struktury, składu fazowego i chemicznego ceramiki Bi 1-x Nd x FeO 3

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANIS AWA STASZICA, Kraków, PL BUP 26/07

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Wp yw czasu wygrzewania na w a ciwo ci cieplne polikryszta u azotku glinu

CERAMIKA PLZT JAKO MATERIAŁ DLA ELKTROAKUSTYKI

Wpływ nadmiaru Bi 2 O 3 na syntezę i właściwości ceramiki BiNbO 4 The effect of excess Bi 2 O 3 on the synthesis and properties of BiNbO 4 ceramics

ANALOGOWE UKŁADY SCALONE

Techniczne nauki М.М.Zheplinska, A.S.Bessarab Narodowy uniwersytet spożywczych technologii, Кijow STOSOWANIE PARY WODNEJ SKRAPLANIA KAWITACJI

Pomiar mocy pobieranej przez napędy pamięci zewnętrznych komputera. Piotr Jacoń K-2 I PRACOWNIA FIZYCZNA

7. REZONANS W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH

(13) B1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Projekt MES. Wykonali: Lidia Orkowska Mateusz Wróbel Adam Wysocki WBMIZ, MIBM, IMe

Spieki NiAl i Ni 3 Al wytwarzane w reakcji SHS metod PPS

Dielektryczne w a ciwo ci ceramiki PZT otrzymanej metod zol el i domieszkowanej chromem, manganem i tantalem

Badanie silnika asynchronicznego jednofazowego

WPŁYW TECHNOLOGII OTRZYMYWANIA NA WŁAŚCIWOŚCI DIELEKTRYCZNE CERAMIKI TYPU PZT

TYTUŁ Pomiar wymiarów i automatyczna analiza kształtów ziaren zbóż

W a ciwo ci zyczne i przemiany fazowe w ceramice PLZT i PLZTS

Badanie bezszczotkowego silnika prądu stałego z magnesami trwałymi (BLDCM)

2.Prawo zachowania masy

Lekcja 173, 174. Temat: Silniki indukcyjne i pierścieniowe.

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

CD-W Przetwornik stężenia CO 2 do montażu naściennego. Cechy i Korzyści. Rysunek 1: Przetwornik stężenia CO 2 do montażu naściennego

ĆWICZENIE Nr 9. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. inż. A. Weroński

tel/fax lub NIP Regon

Otrzymywanie i w a ciwo ci BaBi 2 Nb 2 O 9 o strukturze typu Aurivilliusa

Opracowanie technologii wytwarzania rdzeni łopatek turbin gazowych i turbosprężarek metodą wtrysku wysokociśnieniowego

TYTUŁ IPS P przyrząd do badania imisji wg nowej metody pomiaru

Wyznaczenie sprawności grzejnika elektrycznego i ciepła właściwego cieczy za pomocą kalorymetru z grzejnikiem elektrycznym

INSTRUKCJA OBSŁUGI WD2250A. WATOMIERZ 0.3W-2250W firmy MCP

Efektywna strategia sprzedaży

INSTRUKCJA OBSŁUGI MC-2810 CYFROWY SYSTEM GŁOŚNIKOWY 5.1 KANAŁÓW DO KINA DOMOWEGO

Tester pilotów 315/433/868 MHz

WZORU UŻYTKOWEGO EGZEMPLARZ ARCHIWALNY. d2)opis OCHRONNY. (19) PL (n) Centralny Instytut Ochrony Pracy, Warszawa, PL

Klasyfikacja i oznakowanie substancji chemicznych i ich mieszanin. Dominika Sowa

PROJEKTOWANIE PROCESÓW PRODUKCYJNYCH

STRESZCZENIE ROZPRAWY DOKTORSKIEJ

11.1. Zale no ć pr dko ci propagacji fali ultrad wi kowej od czasu starzenia

Chmura to kropelki wody, lub kryształki lodu zawieszone w powietrzu

Technologie Informacyjne

Synteza i spiekanie dwuborku tantalu metod SPS

LABORATORIUM FOTONIKI

Tester pilotów 315/433/868 MHz MHz

U S T AWA. z dnia 2015 r. Art. 1.

Mikrostruktura, struktura magnetyczna oraz właściwości magnetyczne amorficznych i częściowo skrystalizowanych stopów Fe, Co i Ni

Wytwarzanie przezroczystej ceramiki Y 2 O 3 metod spiekania pod ci nieniem

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów gimnazjów województwa lubuskiego 23 marca 2012 r. zawody III stopnia (finałowe)

Analiza CVP koszty wolumen - zysk

Sterownik Silnika Krokowego GS 600

wiat o mo e by rozumiane jako strumie fotonów albo jako fala elektromagnetyczna. Najprostszym przypadkiem fali elektromagnetycznej jest fala p aska

Podstawowe w a ciwo ci ceramiki PFN domieszkowanej potasem

Właściwości ceramiki BiFeO 3 domieszkowanej dysprozem Properties of Dy-doped BiFeO 3 ceramics

Obiekty wodociągowe w Sopocie. Ujęcia wody i stacje uzdatniania

Skaningowy mikroskop elektronowy

UKŁAD ROZRUCHU SILNIKÓW SPALINOWYCH

Zakład Certyfikacji Warszawa, ul. Kupiecka 4 Sekcja Ceramiki i Szkła ul. Postępu Warszawa PROGRAM CERTYFIKACJI

ZASADY WYPEŁNIANIA ANKIETY 2. ZATRUDNIENIE NA CZĘŚĆ ETATU LUB PRZEZ CZĘŚĆ OKRESU OCENY

PODSTAWY OBLICZEŃ CHEMICZNYCH DLA MECHANIKÓW

Od redakcji. Symbolem oznaczono zadania wykraczające poza zakres materiału omówionego w podręczniku Fizyka z plusem cz. 2.

Ranking zawodów deficytowych i nadwyżkowych w powiecie strzelińskim w roku 2009

Czteropompowy zestaw do podnoszenia ciśnienia ZKA35/3-6/4

ZASTOSOWANIE MIKROSYSTEMÓW W MEDYCYNIE LABORATORIUM. Ćwiczenie nr 3. Kropelkowy system mikrofluidyczny

I B. EFEKT FOTOWOLTAICZNY. BATERIA SŁONECZNA

Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych.

DRGANIA MECHANICZNE. materiały uzupełniające do ćwiczeń. Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych studia inżynierskie

METROLOGIA SKRYPT DO LABORATORIUM. dla studentów kierunku elektrotechnika. Leona Swędrowskiego. pod redakcją

KLUCZ PUNKTOWANIA ODPOWIEDZI

REGULAMIN przeprowadzania okresowych ocen pracowniczych w Urzędzie Miasta Mława ROZDZIAŁ I

WYDZIAŁ CHEMICZNY POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ ZAKŁAD TECHNOLOGII NIEORGANICZNEJ I CERAMIKI. Laboratorium PODSTAWY TECHNOLOGII CHEMICZNEJ

KARTA KATALOGOWA OPzS blok

Automatyka. Etymologicznie automatyka pochodzi od grec.

ALUMINIOWE KOMPOZYTY Z HYBRYDOWYM UMOCNIENIEM FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH I CERAMICZNYCH

MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 63, 4, (2011),

WYBRANE MODERNIZACJE POMP GŁÓWNEGO OBIEGU PARA-WODA ELEKTROWNI

Badanie mo liwo ci syntezy mullitu za pomoc mikrofal

Tytanian glinu otrzymywanie, w asno ci oraz perspektywy stosowania w technologii materia ów ogniotrwa ych

Zakłócenia. Podstawy projektowania A.Korcala

LABORATORIUM STEROWANIE SILNIKA KROKOWEGO

WYZNACZANIE PRZYSPIESZENIA ZIEMSKIEGO ZA POMOCĄ WAHADŁA REWERSYJNEGO I MATEMATYCZNEGO

jednoeksponencjalny (homogeniczny) wieloeksponencjalny (heterogeniczny) Schemat aparatury do zliczania pojedynczych fotonów skorelowanych czasowo.

Badania radiograficzne rentgenowskie złączy spawanych o różnych grubościach według PN-EN 1435.

CYFROWY WYŚWIETLACZ POŁOŻENIA TNP 10

PROGRAM STYPENDIALNY GMINY DOBRZYCA

ARKUSZ EGZAMINACYJNY ETAP PRAKTYCZNY EGZAMINU POTWIERDZAJ CEGO KWALIFIKACJE ZAWODOWE CZERWIEC 201

UCHWAŁA NR... RADY MIASTA KIELCE. z dnia r.

Dielektryczne i dynamiczne w a ciwo ci mechaniczne kompozytu ceramiczno-polimerowego BST//PVDF

DTR.ZL APLISENS PRODUKCJA PRZETWORNIKÓW CIŚNIENIA I APARATURY POMIAROWEJ INSTRUKCJA OBSŁUGI (DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA)

1.3 Budowa. Najwa niejsze cz ci sk adowe elektrozaworu to:

Metrologia cieplna i przepływowa

Zarządzanie projektami. wykład 1 dr inż. Agata Klaus-Rosińska

Nowoczesne metody śledzenia rozwoju mikrouszkodzeń

Regulamin przyznawania i ustalania wysokości. stypendium szkolnego za wyniki w nauce lub osiągnięcia sportowe

PRAWA ZACHOWANIA. Podstawowe terminy. Cia a tworz ce uk ad mechaniczny oddzia ywuj mi dzy sob i z cia ami nie nale cymi do uk adu za pomoc

14P2 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - II POZIOM PODSTAWOWY

Transkrypt:

MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 1, (2012), 53-58 www.ptcer.pl/mccm Wp yw domieszki lantanu na w a ciwo ci Bi 4 Ti 3 O 12 HENRYK BERNARD*, KATARZYNA OSI SKA, JOLANTA DZIK, AGATA LISI SKA-CZEKAJ, DIONIZY CZEKAJ Uniwersytet l ski, Wydzia Informatyki i Nauki o Materia ach, Katedra Materia oznawstwa, ul. nie na 2, 41-200 Sosnowiec *e-mail: henber@onet.eu Streszczenie Zwi zki perowskitowe to w du ej mierze ferroelektryki charakteryzuj ce si wysok temperatur Curie. Umo liwia to stosowanie ich jako przetworników piezoelektrycznych pracuj cych w bardzo wysokich temperaturach. W prezentowanej pracy przedstawione zosta y zagadnienia zwi zane z wp ywem domieszki lantanu na wytwarzanie Bi 4-x La x Ti 3 O 12 dla x = 0, 0,25, 0,75 oraz jej struktur i w a ciwo ci dielektryczne. Materia BiTLa wytworzono metod syntezy w fazie sta ej z mieszaniny tlenków (MOM). Jako metod zag szczania zastosowano spiekanie swobodne w 1000 C oraz 1100 C przez 2 h. Dla stechiometrycznej mieszaniny tlenków wyj ciowych przeprowadzono analiz termiczn. Mikrostruktur prze omu wytworzonej ceramiki obserwowano przy u yciu skaningowego mikroskopu elektronowego. Analiz sk adu chemicznego przeprowadzono metod EDS, a struktur krystaliczn badano metod dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego. Dla otrzymanych próbek Bi 4-x La x Ti 3 O 12 dokonano pomiaru temperaturowej zale no ci impedancji dla wybranych cz sto ci z zakresu cz stotliwo ci (1-100) khz. S owa kluczowe: struktura Aurivilliusa, Bi 4 Ti 3 O 12, w a ciwo ci dielektryczne INFLUENCE OF La-DOPING ON PROPERTIES OF Bi 4 Ti 3 O 12 CERAMICS La-modi ed Bi 4 Ti 3 O 12 is a typical ferroelectric, piezoelectric and electro-optic material, having relatively low coercive eld, low dielectric constant, high Curie temperature and high breakdown strength. In the present research, Bi 4 Ti 3 O 12 ceramics doped with La (BiTL were synthesized by the standard solid-state reaction method from the mixture of oxides at 1000 C for 3 h. Ceramic powders of Bi 4-x La x Ti 3 O 12 for x = 0, 0.25, 0.75 were next pressed, and the compacts were sintered by natural sintering at temperatures of 1000 C and 1100 C with a soaking time of 2 h. A thermal analysis was carried out for the stoichiometric mixture of starting oxides. The in uence of La-doping on the chemical composition and microstructure of BiTLa ceramics was studied by scanning electron microscopy (HITACHI S-4700) and energy dispersion spectroscopy. The crystal structure of Bi 4-x La x Ti 3 O 12 ceramics was determined by X-ray diffraction. The temperature dependence of the impedance was measured in the frequency range of (1-100) khz. Keywords: Bismuth titanate, Aurivillius phase, Dielectric properties 1. Wst p Tytanian bizmutu Bi 4 Ti 3 O 12 (BiT) jest materia em ferroelektrycznym o warstwowej strukturze perowskitowej. Kryszta y BiT odznaczaj si siln anizotropi strukturaln, a tym samym siln anizotropi w a ciwo ci zycznych. W celu zmiany w a ciwo ci u ytkowych spieków BiT stosuje si ró nego rodzaju domieszkowanie pierwiastkami bloku d, takimi jak Nb(V), W(VI), La(III), które zmieniaj c charakter przewodnictwa wp ywaj na w a ciwo ci elektryczne materia u [1-5]. G ównym parametrem decyduj cym o miejscu podstawiania jonów La 3+ w komórce Bi 4 Ti 3 O 12 jest ich promie jonowy wynosz cy r = 0,115 nm. Dla porównania promie jonowy bizmutu Bi 3+ wynosi r = 0,120 nm, a promie jonowy tytanu Ti 4+ - r = 0,068 nm. Bi 4-x La x Ti 3 O 12 (BiTL znajduje szerokie zastosowanie dzi ki unikalnej kombinacji wysokiej polaryzacji resztkowej, niskiej temperatury przetwarzania i wysokiej odporno- ci na zm czenie. Jako materia o dobrych w a ciwo ciach piezoelektrycznych, a nie zawieraj cy o owiu, jest materia- em bezpiecznym dla rodowiska o du ych mo liwo ciach aplikacyjnych. Materia BiTLa znalaz szerokie zastosowanie, m.in. do budowy wysokotemperaturowych przetworników piezoelektrycznych, pó przewodników, kondensatorów akustycznych, elementów pami ci, czujników pomiarowych, ferroelektrycznych tranzystorów polowych (FeFET), a tak e w modulatorach optycznych [6-7]. Celem niniejszej pracy by o wytworzenie metod reakcji w fazie sta ej z tlenków (MOM) proszków Bi 4-x La x Ti 3 O 12 dla x = 0, 0,25 i 0,75 oraz zbadanie wp ywu domieszki lantanu na struktur, mikrostruktur i w a ciwo ci dielektryczne uzyskanych z nich spieków. 2. Eksperyment Proszki tytanianu bizmutu(iii) domieszkowanego lantanem o wzorze chemicznym: Bi 4-x La x Ti 3 O 12 dla x = 0, 0,25, i 0,75 otrzymano metod reakcji w fazie sta ej z mieszaniny 53

H. BERNARD, K. OSI SKA, J. DZIK, A. LISI SKA-CZEKAJ, D. CZEKAJ tlenków (MOM). Jako substraty reakcji zastosowano: tlenek bizmutu(iii) (Bi 2 O 3, Aldrich, 99,9 %), tlenek lantanu(iii) (La 2 O 3, Aldrich, 99,9 %) oraz tlenek tytanu(iv) (TiO 2, POCH, 99,9 %). Tlenki te, odwa one w ilo ciach stechiometrycznych, mieszano na mokro w m ynie planetarnym przez 24 h. Jako mielniki zastosowano kulki cyrkoniowe o rednicy 10 mm. Po wysuszeniu, proszki prasowano w dyski na prasie hydraulicznej pod ci nieniem 300 MPa. Otrzymane wypraski wygrzewano w celu syntezowania materia u w oporowym piecu sylitowym w temperaturze 1000 C przez 3 h. Pr dko nagrzewania pieca wynosi a 5 C/min. Programowalna regulacja temperatury pieca zapewnia a jej liniowy wzrost i dobr stabilizacj. Zachodz c podczas syntezy reakcj mo na przedstawi schematycznym równaniem reakcji: 4 x Bi 2O3 x La 2O3 3TiO 2 Bi4 xla xt i3o. (1) 12 2 2 Po syntezie próbki rozdrobniono wst pnie w mo dzierzu, a nast pnie mielono przez 24 h w m ynie planetarnym w pojemnikach poliamidowych z dodatkiem alkoholu etylowego i kulek cyrkoniowych jako mielników. Po wysuszeniu, otrzymane proszki Bi 4-x La x Ti 3 O 12 zag szczano metod spiekania swobodnego. W tym celu metod jednoosiowego prasowania pod ci nieniem 600 MPa w stalowej matrycy formowano dyski o rednicy 10 mm. Spiekanie swobodne przeprowadzono przez 2 h w temperaturze 1000 C oraz w 1100 C. Przeprowadzono analiz termiczn i termograwimetryczn stechiometrycznej mieszaniny tlenków (4-x)/2 Bi 2 O 3 + x/2 La 2 O 3 + 3 TiO 2 u ytej do otrzymania Bi 4-x La x Ti 3 O 12 przed syntez oraz proszku Bi 4-x La x Ti 3 O 12 po syntezie w 1000 C przez 3 h. G sto pozorn spieków okre lono na podstawie pomiarów ich mas oraz wymiarów geometrycznych. Struktur krystaliczn otrzymanego materia u Bi 4-x La x Ti 3 O 12 badano metod dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego przy u yciu dyfraktometru rentgenowskiego X Pert Philips PW 3710 (geometria -2, promieniowanie CoK, zakres k towy k ta ugi cia 2 = 10 110, krok przesuwu licznika = 0,01, typ skanowania ci g y, czas zliczania impulsów 7 s). Jako ciow analiz sk adu chemicznego metod EDS wraz z obrazowaniem mikrostruktury prze amów spieków Bi 4-x La x Ti 3 O 12 przeprowadzono przy u yciu skaningowego mikroskopu elektronowego Hitachi S-4700 wyposa onego w przystawk EDS przy napi ciu przyspieszaj cym U = 20 kv. Dla spieków Bi 4-x La x Ti 3 O 12 dokonano pomiaru temperaturowej zale no ci impedancji w zakresie cz stotliwo- ci (1-100) khz z wykorzystaniem zestawu pomiarowego, w sk ad którego wchodzi y: mostek typ: MCP BR2817 LCR METER, miernik uniwersalny METEX M-4650CR, regulator temperatury TROL-9100 oraz piec elektryczny oporowy NETZSCH GmbH. 3. Wyniki i dyskusja Rys. 1 przedstawia krzywe TG i DTA uzyskane w czasie analizy termicznej stechiometrycznej mieszaniny tlenków (4-x)/2 Bi 2 O 3 +x/2 La 2 O 3 + 3 TiO 2 s u cej do syntezy Bi 4-x La x Ti 3 O 12. Na krzywej termograwimetrycznej (Rys. 1 zaobserwowa mo na, e ca kowity ubytek masy wynosi 1,5% w przypadku Bi 3,25 La 0,75 Ti 3 O 12, 1% dla Bi 3,75 La 0,25 Ti 3 O 12 oraz 0,75% dla Bi 4 Ti 3 O 12. Tak ma e ubytki masy zwi zane s z odparowaniem resztek alkoholu etylowego u ywanego na etapie mieszania tlenków. Krzywa termicznej analizy ró nicowej, pokazana na Rys. 1b, odzwierciedla dwustopniowe tworzenie si fazy Bi 4 Ti 3 O 12. Zakres temperatury od 200 C do 400 C z maksimum egzotermicznym w okolicy 300 C odpowiada tworzeniu si fazy -Bi 2 O 3 z fazy -Bi 2 O 3. Zakres temperatury od 400 C do 600 C z maksimum egzotermicznym w okolicy 500 C odpowiada tworzeniu si fazy roztworu sta ego Bi 12-x La x TiO 20 o strukturze typu sillenitu. W temperaturze powy ej 600 C rozpoczyna si proces przekszta cenia fazy Bi 12-x La x TiO 20 w faz Bi 4 Ti 3 O 12 [8]. Rys. 1. Krzywe analizy termicznej stechiometrycznej mieszaniny tlenków (4-x)/2Bi 2 O 3 + x/2la 2 O 3 + 3TiO 2 prowadz cej do powstania Bi 4-x La x Ti 3 O 12 : TG and DTA. Fig. 1. Thermal analysis curves of stoichiometric mixture of powders, viz. (4-x)/2Bi 2 O 3 + x/2la 2 O 3 + 3TiO 2 leading to formation of Bi 4-x La x Ti 3 O 12 : TG and DTA. Na Rys. 2 pokazano krzywe TG i DTA proszku Bi 4-x La x Ti 3 O 12 po syntezie w 1000 C przez 3 h. Niewielkie ubytki masy obserwowane na krzywej TG proszku Bi 4-x La x Ti 3 O 12 po syntezie w 1000 C zwi zane s prawdopodobnie z odparowaniem rozpuszczalnika u ywanego na etapie mieszania proszku ceramicznego po syntezie. Maksima egzotermiczne obserwowane na krzywej DTA zwi zane s z przekszta caniem si nie przereagowanej w tracie syntezy fazy sillenitu, Bi 12-x La x TiO 20, w faz tytanianu bizmutu(iii) - Bi 4-x La x Ti 3 O 12. Natomiast maksimum endotermiczne 54 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 1, (2012)

WP YW DOMIESZKI LANTANU NA W A CIWO CI Bi 4 Ti 3 O 12 dla BiT w okolicy 680 C, a dla BiTLa w okolicy 610 C, odpowiada przej ciu fazowemu z fazy ferroelektrycznej w paraelektryczn [9]. Dla próbek Bi 4-x La x Ti 3 O 12 wyznaczono g sto pozorn. Rys. 3 przedstawia wykres zale no ci g sto ci pozornej od zawarto ci domieszki lantanu w przypadku ceramiki Bi 4-x La x Ti 3 O 12 spiekanej w 1000 C oraz w 1100 C. Mo na zauwa y, e ze wzrostem zawarto ci lantanu w próbkach ceramicznych Bi 4-x La x Ti 3 O 12 maleje ich g sto pozorna. Wy sze warto ci g sto ci obserwuje si dla ceramiki spiekanej w 1100 C. W Tabelach 1-2 zestawiono parametry komórki elementarnej oraz parametry dopasowania Rietvelda ceramiki Bi 4-x La x Ti 3 O 12 spiekanej w 1000 C oraz 1100 C. Tabela 1. komórki elementarnej oraz parametry dopasowania Rietvelda ceramiki Bi 4-x La x Ti 3 O 12 spiekanej w 1000 C. Table 1. Unit cell parameters and parameters of the Rietveld t for Bi 4-x La x Ti 3 O 12 ceramics sintered at 1000 C. Jak wiadomo tytanian bizmutu(iii) Bi 4 Ti 3 O 12 mo e krystalizowa, przyjmuj c struktur rombow (np. karta PDF 00-089-7500, baza ICDD), struktur tetragonaln (np. karta PDF 00-047-0398, baza ICDD) lub jednosko n (np. karta PDF 00-080-2143, baza ICDD) w zale no ci od zastosowanego procesu technologicznego i substratów. W wyniku przeprowadzonej pracy stwierdzono, e ceramika Bi 4 Ti 3 O 12 spiekana w 1000 C wykazuje struktur rombow Fmmm. Domieszka lantanu powoduje zmian struktury na jednosko n P1c1. Ceramika Bi 4 Ti 3 O 12 spiekana w 1100 C wykazuje struktur rombow Aba2 (41). Domieszka lantanu nie powoduje zmiany struktury krystalicznej. Jony La 3+ zast puj jony Bi 3+ tylko w perowskitowych komórkach elementarnych powoduj c ich niewielkie zniekszta cenie [6]. Na Rys. 4 i 5 przedstawiono obrazy SEM i odpowied Zawarto La [u amek molowy] 0 0,25 0,75 G sto 10-3 [kg/m 3 ] 6,426 5,928 4,800 Grupa Fmmm (69) P1c1 (7) P1c1 (7) komórki elementarnej dopasowania Rietvelda a 0 [nm] 0,540(8) 1,663(7) 1,666(2) b 0 [nm] 0,544(6) 0,541(3) 0,541(4) c 0 [nm] 3,281(3) 0,544(2) 0,542(5) V 10 6 [pm 3 ] 966,655 483,723 482,966 R exp [%] 2,093 2,133 2,199 R p [%] 3,981 3,128 2,092 R wp [%] 7,024 6,066 3,035 Rys. 2. Krzywe analizy termicznej proszku Bi 4-x La x Ti 3 O 12 po syntezie w 1000 C przez 3 h: TG i DTA. Fig. 2. Thermal analysis curves of Bi 4-x La x Ti 3 O 12 ceramic powder after synthesis at 1000 C by 3 h: TG and DTA. Tabela 2. komórki elementarnej oraz parametry dopasowania Rietvelda ceramiki Bi 4-x La x Ti 3 O 12 spiekanej w 1000 C. Table 2. Unit cell parameters and parameters of the Rietveld t for Bi 4-x La x Ti 3 O 12 ceramics sintered at 1100 C. Rys. 3. Zale no g sto ci ceramiki Bi 4-x La x Ti 3 O 12 spiekanej w 1000 C oraz w 1100 C od zawarto ci domieszki lantanu. Fig. 3. Dependence of apparent density of Bi 4-x La x Ti 3 O 12 ceramics on concentration of lanthanum additive. Zawarto La [u amek molowy] 0 0,25 0,75 G sto 10-3 [kg/m 3 ] 6,929 6,042 4,867 Grupa Aba2 (41) Aba2 (41) Aba2 (41) komórki elementarnej dopasowania Rietvelda a 0 [nm] 3,281(2) 0,541(2) 0,541(4) b 0 [nm] 0,541(2) 3,283(2) 3,288(5) c 0 [nm] 0,545(0) 0,544(0) 0,542(5) V 10 6 [pm 3 ] 966,891 966,642 965,871 R exp [%] 2,490 2,627 2,710 R p [%] 11,330 3,287 3,049 R wp [%] 23,802 5,081 4,470 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 1, (2012) 55

H. BERNARD, K. OSI SKA, J. DZIK, A. LISI SKA-CZEKAJ, D. CZEKAJ Rys. 4. Obrazy SEM i widma analizy EDS ceramiki Bi 4-x La x Ti 3 O 12 spiekanej w 1000 C: Bi 4 Ti 3 O 12, Bi 3,75 La 0,25 Ti 3 O 12 i Bi 3,25 La 0,75 Ti 3 O 12. Fig. 4. SEM micrographs and EDS analysis spectra of Bi 4-x La x Ti 3 O 12 ceramics sintered at 1000 C: Bi 4 Ti 3 O 12, Bi 3.75 La 0.25 Ti 3 O 12 and Bi 3.25 La 0.75 Ti 3 O 12. nie widma analizy EDS ceramiki Bi 4-x La x Ti 3 O 12 spiekanej w 1000 C oraz 1100 C. Analizuj c obrazy SEM próbek bez domieszki lantanu (Rys. 4a i 4 mo na zauwa y ziarna stanowi ce p ytkowe agregaty, które tworz rozga zione, porowate struktury. Domieszka lantanu powoduje zmian kszta tu i wielko ci ziaren (Rys. 4b, 4c, 5b i 5, które staj Rys. 5. Obrazy SEM i widma analizy EDS ceramiki Bi 4-x La x Ti 3 O 12 spiekanej w 1100 C: Bi 4 Ti 3 O 12, Bi 3,75 La 0,25 Ti 3 O 12 i Bi 3,25 La 0,75 Ti 3 O 12. Fig. 5. SEM micrographs and EDS analysis spectra of Bi 4-x La x Ti 3 O 12 ceramics sintered at 1100 C: Bi 4 Ti 3 O 12, Bi 3.75 La 0.25 Ti 3 O 12 and Bi 3.25 La 0.75 Ti 3 O 12 (. si drobniejsze, g ciej upakowane, o bardziej regularnych granicach ziarnowych. Ze wzrostem zawarto ci lantanu maleje redni rozmiar ziarna, a wzrasta jednorodno próbki. Analiza EDS potwierdzi a zak adany sk ad chemiczny wytworzonego materia u ceramiki Bi 4-x La x Ti 3 O 12. 56 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 1, (2012)

WP YW DOMIESZKI LANTANU NA W A CIWO CI Bi 4 Ti 3 O 12 Rys. 6. Zale no ci temperaturowe impedancji ceramiki Bi 4-x La x Ti 3 O 12 spiekanej w 1000 C dla cz stotliwo ci pomiarowych: 1 khz, 10 khz i 100 khz. Fig. 6. Temperature dependences of impedance of Bi 4-x La x Ti 3 O 12 ceramics sintered at 1000 C for frequencies: 1 khz, 10 khz i 100 khz. Na Rys. 6 i 7 przedstawiono temperaturow zale no impedancji ceramiki Bi 4-x La x Ti 3 O 12 spiekanej w 1000 C oraz 1100 C, dla cz stotliwo ci pomiarowych: 1 khz, 10 khz i 100 khz. Mo na zauwa y, e wraz ze wzrostem temperatury warto impedancji, po pocz tkowym wzro cie, gwa townie maleje w przypadku wszystkich badanych sk adów i wszystkich cz stotliwo ci. Domieszka lantanu wprowadzona do ceramiki Bi 4 Ti 3 O 12 powoduje wzrost warto ci impedancji praktycznie w ca ym zakresie temperatury. Najwy sze warto ci impedancji obserwuje si w przypadku ceramiki o sk adzie Rys. 7. Zale no ci temperaturowe impedancji ceramiki Bi 4-x La x Ti 3 O 12 spiekanej w 1100 C dla cz stotliwo ci pomiarowych: 1 khz, 10 khz i 100 khz. Fig. 7. Temperature dependences of impedance of Bi 4-x La x Ti 3 O 12 ceramics sintered at 1100 C for frequencies: 1 khz, 10 khz i 100 khz. Bi 3,25 La 0,75 Ti 3 O 12. Zmiana zawarto ci lantanu w próbce implikuje zmian odpowiedzi dielektrycznej materia u w funkcji temperatury. Ze wzrostem cz stotliwo ci obni a si warto impedancji. Jest to efekt dyspersji cz stotliwo ciowej charakterystycznej dla materia ów ferroelektrycznych. 4. Podsumowanie Metod MOM otrzymano proszek ceramiczny Bi 4-x La x Ti 3 O 12 dla x = 0, 0,25 i 0,75. Ceramik Bi 4-x La x Ti 3 O 12 zag szczano metod spiekania swobodnego przez 2 h w tem- MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 1, (2012) 57

H. BERNARD, K. OSI SKA, J. DZIK, A. LISI SKA-CZEKAJ, D. CZEKAJ peraturach 1000 C i 1100 C. Analiza SEM i EDS potwierdzi a za o ony jako ciowy i ilo ciowy sk ad chemiczny wytworzonego materia u ceramicznego. Ceramika Bi 4 Ti 3 O 12 ma struktur rombow o grupie przestrzennej Fmmm w przypadku temperatury spiekania 1000 C lub Aba2 w przypadku temperatury spiekania 1100 C. Domieszka lantanu powoduje zmian struktury na jednosko n P1c1 w materiale spiekanym w 1000 C. Ze wzrostem zawarto ci lantanu w próbkach obserwuje si wzrost warto ci impedancji praktycznie w ca ym zakresie temperatury. Ceramika BiTLa spiekana w 1100 C wykazuje wy sze warto ci impedancji w porównaniu z ceramik spiekan w 1000 C. Literatura [1] Jardiel T., Caballero A.C., Villegas M.: Electrical properties in WO 3 doped Bi 4 Ti 3 O 12, J. Eur. Ceram. Soc., 27, (2007), 4115 4119. [2] Simões A.Z., Aguiar E.C., Ries A., Longo E., Varela J.A.: Niobium doped Bi 4 Ti 3 O 12 ceramics obtained by the polymeric precursor method, Mater. Lett., 61, (2007), 588 591. [3] Tang Q.Y., Kana Y.M., Li Y.G., Zhang G.J., Pei-Ling Wang P.L.: Ferroelectric and dielectric properties of Nd/V co-doped Bi 4 Ti 3 O 12 ceramics, Solid State Communications, 142, (2007), 1 5. [4] Khomchenko V.A., Kakazei G.N., Pogorelov Y.G., Araujo J.P., Bushinsky M.V., Kiselev D.A., Kholkin A.L., Paixão J.A.: Effect of Gd substitution on ferroelectric and magnetic properties of Bi 4 Ti 3 O 12, Mater. Lett., 64, (2010), 1066 1068. [5] Chen M., Liu Z.L., Wang Y., Wang C.C., Yang X.S., Yao K.L.: Ferroelectric properties of Pr 6 O 11 -doped Bi 4 Ti 3 O 12, Solid State Communications, 130, (2004), 735 739. [6] Simões A.Z., Stojanovic B.D., Ramirez M.A., Cavalheiro A.A., Longo E., Varela J.A.: Lanthanum-doped Bi 4 Ti 3 O 12 prepared by the soft chemical method: Rietveld analysis and piezoelectric properties, Ceram. Inter., 34, (2008), 257 261. [7] Simões A.Z., Quinelato C., Ries A., Stojanovic B.D., Longo E., Varela J.A.: Preparation of lanthanum doped Bi 4 Ti 3 O 12 ceramics by the polymeric precursor method, Mater. Chem. Phys., 98, (2006), 481 485. [8] Morozov M.I., Mezentseva L.P., Gusarov V.V.: Mechanism of Formation of Bi 4 Ti 3 O 12, Russ. J. Gen. Chem., 72, (2002), 1038-1040, Translated from Zhurnal Obshchei Khimii, 72, (2002), 1110-1113. [9] Navarro-Rojero M. G., Romero J.J., Rubio-Marcos F., Fernandez J.F., Intermediate phases formation during the synthesis of Bi 4 Ti 3 O 12 by solid state reaction, Ceram. Inter., 36, (2010), 1319-1325. Otrzymano 21 wrze nia 2011, zaakceptowano 15 grudnia 2011 58 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 1, (2012)