Estudio de las propiedades dieléctricas de Ba1-xCaxTiO3 obtenido por molienda mecánica de alta energía

Omar Rosales González; Emilio A.  Sánchez-Trejo; Márius Ramírez-Cardona; Félix Sánchez-De Jesús; Ana M. Bolarín-Miró

doi:10.29057/aactm.v7i7.6170

Omar Rosales González Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo https://orcid.org/0000-0003-2948-438X
Emilio A. Sánchez-Trejo Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo
Márius Ramírez-Cardona Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo https://orcid.org/0000-0003-4376-3377
Félix Sánchez-De Jesús Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo https://orcid.org/0000-0002-9453-1755
Ana M. Bolarín-Miró Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo https://orcid.org/0000-0002-2199-1208

DOI: https://doi.org/10.29057/aactm.v7i7.6170

Palabras clave: BaTiO3, Ba1-xCaxTiO3, Ferroeléctrico, temperatura de Curie, Dopaje, Espectroscopia de Impedancia

Resumen

En este trabajo se presenta el efecto de la sustitución parcial de Ba²⁺ por cationes de Ca²⁺ en el BaTiO₃ sobre las propiedades dieléctricas y la temperatura de Curie ferroeléctrica. La síntesis se realizó mediante molienda mecánica de alta energía durante 5 horas. Los polvos obtenidos fueron compactados uniaxialmente y sinterizados durante 4 h a 1100 °C. Por medio de difracción de rayos X (DRX) se encontró una fase tetragonal de BaTiO₃, sin la presencia de fases secundarias. La variación de la permitividad relativa en función de la temperatura muestra un incremento en la temperatura de transición ferroeléctrica para la muestra con x=0.05. La permitividad relativa incrementa para las muestras dopadas, lo cual se atribuye modificaciones estructurales de los sitios octaédricas del Ti⁴⁺, debido a las diferencias en tamaños entre Ca²⁺ and Ba²⁺. La adición de calcio en la estructura de BaTiO₃ favorece la formación de vacancias de oxígeno, modificando el proceso de relajación dieléctrico e incrementando la conductividad eléctrica.

Descargas

La descarga de datos todavía no está disponible.

Citas

M.R. Panigrahi, S. Panigrahi, Synthesis and microstructure of Ca-doped BaTiO3 ceramics prepared by high-energy ball-milling, Phys. B Condens. Matter. 2009;404:4267–4272.

A. Singh, M.K. Shamim, S. Sharma, R. Rai, Effect of different microwave power applied during microwave assisted radiant heating on the structure, dielectric and electrical properties of Ba0.8Ca0.2TiO3 ceramics, J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2018;29:8158–8166.

F.A. Ismail, R.A.M. Osman, M.S. Idris, Review on dielectric properties of rare earth doped barium titanate, AIP Conf. Proc. 2016;1756:090005-1-7.

R. Mahbub, T. Fakhrul, M.F. Islam, Enhanced dielectric properties of Tantalum Oxide doped Barium Titanate based ceramic materials, Procedia Eng. 2013;56:760–765.

G.H. Kwei, A.C. Lawson, S.J.L. Billinge, S.W. Cheong, Structures of the ferroelectric phases of barium titanate, J. Phys. Chem. 1993;97:2368–2377.

K.I. Sakayori, Y. Matsui, H. Abe, E. Nakamura, M. Kenmoku, T. Hara, D. Ishikawa, A. Kokubu, K.I. Hirota, T. Ikeda, Curie temperature of BaTiO3, Jpn. J. Appl. Phys. 1995;34:5443–5445.

Y. Li, Z. Liao, F. Fang, X. Wang, L. Li, J. Zhu, Significant increase of Curie temperature in nano-scale BaTiO3, Appl. Phys. Lett. 2014;105:182901-1–5.

M.R. Panigrahi, S. Panigrahi, Diffuse phase transition and dielectric study in Ba0.95Ca0.05TiO3 ceramic, Phys. B Condens. Matter. 2010;405:2556–2559.

R.D. Shannon, Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomie Distances in Halides and Chaleogenides, Acta Crystallogr. A. 1976;32:751–767.

A. Chawla, S. Verma, S. Godara, G.R. Bhadu, A. Singh, M. Singh, Understanding Phase Segregation Using Rietveld Analysis and the Dielectric, Ferroelectric Properties of Ba(1−x)CaxTiO3 Solid Solutions, J. Electron. Mater. 2020;40:4111-4122.

A. Salhi, S. Sayouri, A. Alimoussa, L. Kadira, Impedance spectroscopy analysis of Ca doped BaTiO3 ferroelectric ceramic manufactured with a new synthesis technique, Mater. Today Proc. 2019;13:1248–1258.

L. Zhou, P. Du, Q. Zhang, J. Zhu, Y. Hou, L. Luo, W. Li, Manipulating the ferroelectric, dielectric and photoluminescence performance of Ba0.77Ca0.23TiO3 ceramics through Pr3+ ions doping, J. Alloys Compd. 2019;810:151897.

L.B. Kong, J. Ma, H. Huang, R.F. Zhang, W.X. Que, Barium titanate derived from mechanochemically activated powders, J. Alloys Compd. 2002;337:226–230.

Y. Yang, H. Hao, L. Zhang, C. Chen, Z. Luo, Z. Liu, Z. Yao, M. Cao, H. Liu, Structure, electrical and dielectric properties of Ca substituted BaTiO3 ceramics, Ceram. Int. 2018;44:11109–11115.

O. Rosales-González, F. Sánchez-De Jesús, F. Pedro-García, C.A. Cortés-Escobedo, M. Ramírez-Cardona, A.M. Bolarín-Miró, Enhanced Multiferroic Properties of YFeO3 by Doping with Bi3+, Materials (Basel). 2019;12:2054.

Y. Leyet, F. Guerrero, J.P. de la Cruz, Relaxation dynamics of the conductive processes in BaTiO3 ceramics at high temperature, Mater. Sci. Eng. B. 2010;171:127–132.

L.G. Betancourt-Cantera, A.M. Bolarín-Miró, C.A. Cortés-Escobedo, L.E. Hernández-Cruz, F. Sánchez-De Jesús, Structural transitions and multiferroic properties of high Ni-doped BiFeO3, J. Magn. Magn. Mater. 2018;456:381–389.