Microestructura y propiedades dieléctricas de soluciones solidas tetragonales tipo Ba1-3xGd2xTi1-3xEu4xO3 (x = 0.0, 0.0015, 0.01 and 0.05 wt. %)

Resumen

BaTiO₃ es un material ferroeléctrico con una estructura tipo perovskita ABO₃. Este material es de gran interés debido a sus propiedades dieléctricas, magnéticas, ópticas, eléctricas, biomédicas, etc. Sus aplicaciones como electrocerámico incluyen, cerámicos piezoeléctricos, memorias cerámicas de acceso aleatorio, capacitores de disco, capacitores multicapa de fijación en superficie, sensores, filtros de telecomunicaciones, circuitos integrados, etc. Su alta constante dieléctrica permite diseñar dispositivos capacitores inteligentes y más pequeños. Las propiedades de BaTiO₃ se pueden mejorar en los procesos de síntesis, conformación y sinterización, al modificar composición química y microestructura con distintas técnicas como la activación mecánica, el dopaje, el prensado en frio, el control de la atmosfera, etc. En este trabajo se sintetizaron soluciones sólidas tipo Ba_1-3xGd_2xTi_1-3xEu_4xO₃ con x = 0, 0.0015, 0.01 y 0.05 (% en peso) mediante el método de reacción en estado sólido. Los polvos precursores se secaron a 200 °C, se descarbonataron a 900°C durante 12 horas y se sinterizaron a 1300°C durante 8 horas. Los patrones de difracción de rayos X (DRX) corresponden a BaTiO₃ tetragonal. La fase secundaria Eu₂TiO₅ en x = 0,05. Los espectros de los picos Raman mostraron los modos ferroeléctricos tetragonales característicos del BaTiO₃, en las bandas de 716 cm⁻¹, 515 cm⁻¹, 305 cm⁻¹ y 258 cm⁻¹ en x = 0, 0.0015 y 0.01. En 778 cm⁻¹ se identificó una banda relacionada con la ocupación de iones Eu³⁺ en el BaTiO₃. Se analizo la evolución estructural y las propiedades dieléctricas para determinar las mejores condiciones de sinterización ya que las propiedades eléctricas de los compuestos de BaTiO₃ dependen fuertemente de la microestructura y de la composición química. La muestra con x = 0,0015 registraron la permitividad relativa y capacitancia más alta de 100 Hz a 100 kHz a una temperatura de 105 °C donde se determina la temperatura de Curie con una disminución de aproximadamente 20°C de acuerdo a lo reportado en la literatura. Lo que implica un rango de operación más amplio. La caracterización por MEB muestra granos con múltiples caras, alta cristalización y una estructura densa y heterogénea lo que esta claramente relacionado con los valores de permitividad relativa alcanzados ya que el flujo de electrones y la retención de la carga no es afectada por el grado de porosidad, con la resistencia dieléctrica gracias a su alta densidad y la baja perdida dieléctrica ya que el material resiste el deterioro gracia a su densidad.