Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3342.pdf: 5504646 bytes, checksum: c4f8ff5e8dec83b3c337cd77e6a5f8fd (MD5) Previous issue date: 2010-11-25 / Universidade Federal de Minas Gerais / Multiferroic ceramic solid solutions between the ferroelectric relaxor Pb(Fe2/3W1/3)O3 (PFW) and normal ferroelectric PbTiO3 (PT) [PFW-PT] has been synthesized by a modified B-site precursor method and characterized by X-ray diffraction, differential thermal analysis, dielectric, electric, magnetic and anelastic measurements. A two-stage solid-state reaction turned out to be appropriate for the formation of the majoritary PFW phase as well as PFW-PT solid solutions, with low percentage of spurious phases, high densities, dielectric constant and electric resistivities. Intrinsic relationship between structure, composition, magnetic ordering and dielectric proprieties was discussed. Dielectric properties have been tailored by adding PbTiO3, bringing the ferroelectric transition toward the room temperature, transforming the phase transition from diffuse, typical for ferroelectric relaxors, to a sharp one, characteristic of normal ferroelectrics. Two types of superexchange magnetic interactions and a succession of magnetic transitions with Neel temperatures dependent on the composition were found in the solid solutions. The magnetic ordering at TN1 is expected to vanish with PT addition, for higher amounts of PT to 30 percent. For 12-13%PT, the samples are multiferroic (presenting ferroelectric and antiferromagnetic ordering) below 237K. Anomalies in the temperature dependence of the elastic constants have been observed at TN and TC for all samples, indicating that the magnetoelectric coupling between the ferroelectric and antiferromagnetic orders occurs via strain . The value of the magnetoelectric coefficients η were estimated for all samples, from the measured values of their magnetic susceptibility, dielectric constant, magnetoelastic and electroelastic coefficients. Additionally, an interplay between ferroelectric and ferromagnetic properties of the samples, as well as the influence of the proximity of the temperatures of the establishment of both orderings with intrinsic magnetoelectric coupling coefficient was established. / Ceramicas multiferroicas da solucao solida entre o relaxor Pb (Fe2/3W1/3) O3 (PFW) e o ferroeletrico normal PbTiO3 (PT) [PFW-PT] foram sintetizadas pelo metodo do sitio B modificado e caracterizadas por difracao de raios X , analise termica diferencial, medidas dieletricas, eletricas, ferroeletricas, magneticas e anelasticas. Este metodo resultou adequado para a formacao da fase pura das ceramicas de PFW assim como da solucao solida com PT, com baixissima porcentagem de fases espurias, altas densidades, altas constantes dieletricas e altas resistividades. A adicao de PT aumenta a temperatura de transicao ferroeletrica do PFW puro , levando a amostra de uma transicao com caracteristicas relaxoras (Tc~180K para as amostras de PFW) para uma transicao normal (Tc~320K para as amostras de PFW-30PT). Dois tipos de interacoes magneticas (antiferromagnetica e ferromagnetica fraca) com temperaturas dependentes da composicao foram encontrados na solucao solida. A temperatura de ordenamento antiferromagnetico em TN1 (~350K para o PFW puro) desaparece com a adicao PT, enquanto que a temperatura de transicao a baixas temperaturas (~10K para o PFW puro) aumenta com a adicao de PT ao sistema. Para 12-13% PT, as amostras sao multiferroicas (com ordenamentos ferroeletrico e antiferromagnetico) abaixo de 237K. As relacoes entre a estrutura, composicao, ordenamento magnetico e propriedades dieletricas foram discutidas. Anomalias na dependencia com a temperatura das constantes elasticas foram observadas em TN e TC para todas as amostras, indicando que o acoplamento magnetoeletrico ocorre vai strain . O valor do coeficiente magnetoeletrico intrinseco η foi estimado para todas as amostras, a partir dos valores medidos de susceptibilidade magnetica, constantes dieletricas, coeficientes magnetoelasticos e eletroelasticos. Adicionalmente, uma interrelacao entre as propriedades ferroeletricas e ferromagneticas das amostras, assim como da influencia da proximidade das temperaturas de estabelecimento de ambos os ordenamentos com o coeficiente de acoplamento magnetoeletrico intrinseco foi estabelecida.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5887.pdf: 17427536 bytes, checksum: 86a72410b26eb5474b5d0a693e193449 (MD5) Previous issue date: 2013-12-19 / Financiadora de Estudos e Projetos / Multiferroic are materials which have at least two of the three ferroics orders: ferromagnetism, ferroelectricity and/or ferroelasticity. The coupling between these properties, make multiferroic materials of great technological and scientific interest, mainly in the design of new devices such as sensors and spintronic devices. The lead iron tungstate Pb(Fe2=3W1=3)O3 (PFW) is a relaxor multiferroic with ferroelectric transition TC ~ 180K and antiferromagnetic TN ~ 340K, it is a member of the relaxor ferroelectrics family with perovskite structure, in which the two types of cations (Fe3+ e W6+) are randomly distributed in the B site, causing the formation of polar nanoregions (or clusters) of order/disorder at microscopic scale, which would be the origin of the relaxor behavior. Lead iron niobate Pb(Fe1=2Nb1=2)O3 (PFN) is a ferroelectric with diffuse phase transition (DPT) around TC ~ 380K and antiferromagnetic, with the G-type ordering below the Néel temperature, reported in TN ~ 143K. This material has a high dielectric constant, and excellent ferroelectric properties. The Pb2+, at site A, and Nb5+, at site B are responsible for the ferroelectric order, as the Fe3+ at site B is responsible to provide the necessary magnetic moment for the magnetic ordering. In this work, the electrical conduction and relaxation mechanism of multiferroics PFW and PFN ceramics were investigated. The PFW and PFN samples were prepared by solid state reaction method through two stages. This method was effective to obtain samples with majoritary perovskite phase (95,6% and 95,7%), respectively. After the densification process through sintering methods used in this work (conventional sintering, hot pressing and spark plasma), the perovskite phase was increased, being almost 100 %. The samples of PFW and PFN obtained by the different densification techniques, were dense and practically free of pores. For the analysis of the dielectric response of the samples, it was proposed in this work, an analysis protocol, which was effective to find the responsible mechanisms for the dielectric response of the studied materials. Two relaxation processes were identified for each studied sample, which were labeled as: PR-1, PR-2 or PR *. These processes can be attributed to the interfacial polarization and polarization by hopping, occurring due to the presence of defects in the lattice, such as the oxygen vacancies and lead vacancies. From the dependence of the DC electrical conductivity versus temperature, it was possible to identify regions with different mechanisms of electrical conduction for the samples of PFW and PFN. These mechanisms are, thermally activated at high temperatures, hopping of small polarons at intermediate temperatures and variable range hopping at low temperatures. / Multiferróicos são materiais que têm pelo menos duas das três ordens ferróicas: ferromagnetismo, ferroeletricidade e/ou ferroelasticidade. O acoplamento entre essas propriedades, faz com que os materiais multiferróicos despertem um grande interesse científico e tecnológico, principalmente na concepção de novos dispositivos, como sensores e dispositivos de spintrônica. O tungstanato de ferro e chumbo Pb(Fe2=3W1=3)O3 (PFW) é um multiferróico relaxor com transição ferroelétrica TC ~ 180K e antiferromagnética TN ~ 340K, ele é membro da família dos ferroelétricos relaxores com uma estrutura perovskita, em que os dois tipos de cátions (Fe3+ e W6+) são aleatoriamente distribuídos no sítio B, fazendo com que em escala microscópica existam nanoregiões polares (ou clusters) de ordem/desordem neste sítio, que seriam a origem do comportamento relaxor. O niobato de ferro e chumbo Pb(Fe1=2Nb1=2)O3 (PFN) é um ferroelétrico com transição de fase difusa (TFD) ao redor de TC ~ 380K, e antiferromagnético, com ordenamento do tipo-G abaixo da temperatura de Néel reportada em TN ~ 143K. Ele ainda apresenta uma alta constante dielétrica, além de excelentes propriedades ferroelétricas. Neste material o Pb2+, no sítio A, e Nb5+, no sítio B são responsáveis pelo ordenamento ferroelétrico, enquanto o Fe3+ no sítio B é responsável em fornecer o momento magnético necessário para o ordenamento magnético. Neste trabalho, os mecanismos de condução e relaxação elétrica das cerâmicas multiferróicas de PFW e PFN foram investigados. As amostras de PFW e PFN foram preparadas por reação de estado sólido através do método de dois estágios, que se mostrou eficaz na obtenção de amostras com fase perovskita majoritaria (95,6% e 95,7%), respectivamente. De modo geral, essas amostras ao passar pelo processo de densificação através dos métodos de sinterização utilizados nesse trabalho (sinterização convencional, sinterização por prensagem uniaxial a quente e sinterização por spark plasma), tiveram suas fases perovskitas majoritarias aumentadas, chegando à praticamente 100%. As amostras de PFW e PFN, obtidas pelas diferentes técnicas de densificação, mostraram-se densas e praticamente livres de poros. Para análise da resposta dielétrica apresentada por essas amostras, foi proposto neste trabalho um protocolo de análise, que se mostrou eficaz em descrever o comportamento da resposta dielétrica apresentado pelas mesmas. Foram identificados dois processos de relaxação para cada amostra em estudo, os quais foram identificados por: PR-1, PR-2 ou PR*. Esses processos podem ser atribuídos à polarização interfacial e à polarização por salto, os quais ocorrem pela presença de defeitos na rede, tais como, as vacâncias de oxigênio e as vacâncias de chumbo. Através da dependência da condutividade elétrica DC em função da temperatura, foi possível identificar regiões com diferentes mecanismos de condução para as amostras de PFW e PFN. Dentre eles estão, ativação térmica em altas temperaturas, hopping de pequenos polarons em temperaturas intermediárias e hopping de alcance variável em baixas temperaturas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4435.pdf: 5925969 bytes, checksum: 6fa4eded6f756e78f21d2f8b5b9767e8 (MD5) Previous issue date: 2009-09-03 / Financiadora de Estudos e Projetos / In recent years the necessity of new devices, in the electroelectronic industry, has lead to an increasing interest in materials called magnetoelectric (ME) or multiferroic (MF). Multiferroic is the term used to classify the materials that exhibit magnetic and electric orders simultaneously. In this sense, the idea of producing materials and smart devices have attracted the attention of many researchers from different fields of knowledge. From the technological point of view, the simultaneous mutual control of electrical and magnetic properties generates new possibilities of applications. However the number of candidate for these applications materials is limited and the effects are typically very small and in some cases observed in the low temperature. Therefore, the search for room temperature multiferroic materials is very import for technological application of these materials as well as from the academic stand point. This work aimed the preparation of new multiferroic materials suitable for technological application. We performed a systematic study on the preparation of composites. Both compounds were synthesized using Pechini method, further, they were characterized by dilatometry, densification, X-ray diffraction, electronic microscopy, magnetization and resistivity measurements. We found the best results for the manganite prepared from solution with pH=0 and then calcinated at 900 for 6 hours. After that, the powder were sinterized at 1000 for 2 hours. For bfor 2 hours. / Nos últimos anos a necessidade de novos dispositivos, na indústria de eletro-eletrônicos, tem conduzido a um crescente interesse pelos materiais denominados magnetoelétricos (ME) ou multiferróicos (MF). Multiferróico é o termo usado para classificar os materiais que exibem simultaneamente ordenamentos magnéticos e elétricos. Neste sentido, a idéia de se produzir materiais e dispositivos inteligentes têm atraído a atenção de muitos pesquisadores das mais diversas áreas do conhecimento. Do ponto de vista tecnológico, o controle mútuo de propriedades elétricas e magnéticas gera diversas possibilidades de aplicações. No entanto o número de materiais candidatos é limitado e os efeitos são tipicamente muito pequenos e em alguns casos observados na região de baixa temperatura. A procura de materiais com acoplamento magnetoelétrico significativo a temperatura ambiente é, pois, de grande importância tecnológica assim como de ciência básica. Neste sentido, o presente projeto de pesquisa objetivou a obtenção de novos materiais multiferróicos que possuíam propriedades interessantes para aplicação tecnológica. Realizamos um estudo sistemático do processo de preparação de compósitos de manganita e piezoéletrico em particular. Os materiais foram preparadas pelo método de Pechini e caracterizadas através de dilatometria, densificação, microscopia eletrônica, difração de raio X, magnetização e resistividade. Para a formação da fase manganita observamos que os melhores resultados foram obtidos mantendo a pH da solução a zero, e posteriormente calcinadas a 900 por 6 horas. Já para o titanato de bário as condições que apresentaram melhor resultado foram 1000 por 2 horas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5160.pdf: 6005480 bytes, checksum: 6aae866e51fab054ffc455e4b0479f2f (MD5) Previous issue date: 2013-02-25 / Financiadora de Estudos e Projetos / Considering the search for miniaturization of electronic devices, the development of new methods and techniques for the production and characterization of nanostructured materials is fundamental, beyond understanding of the effect of grain size on the properties of materials in nanoscale. Therefore, it was proposed in this work the obtaining of nanostructured multiferroic materials, in bulk, with high density and microstructural control, with grains ranging from micrometer to nanometer scale. To achieve this goal, was developed a methodology for obtaining the powder of lead iron niobate, Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 (PFN) and lead iron tungstate, Pb(Fe2/3W1/3)O3 (PFW), with average particle size around 150 nm, contamination-free, minimal agglomeration and with highly reproductive results using the micro-milling technique. Regarding consolidation materials, conventional sintering requires higher temperatures and long holding times for a satisfactory densification, resulting in a grain growth higher than the desired. Through the fast sintering technique, only high heating rates are not sufficient to ensure a satisfactory densification and also inhibit the growth of grains. The obtain nanostructured dense samples with average grain size of approximately 200 nm was only possible using spark plasma sintering technique (SPS), which allows sintering at temperatures corresponding to the intermediate sintering stage, inhibiting the grain growth. PFN and PFW samples obtained through the SPS technique showed high conductivity at room temperature due the extreme reduction suffers in the system plus the use of high current densities during sintering, being necessary the samples oxidation. Through the dielectric characterization, the decrease in grain size of micrometer to nanometer scale results in lower permittivity values in phase transition temperature, besides a peak broadening. Moreover, the SPS technique added to the oxidation process makes it possible to obtain PFW samples with high dielectric values (in order of 104) at room temperature, a motivation results with regard to the application. / Considerando a busca pela miniaturização dos dispositivos eletrônicos é fundamental o desenvolvimento de novos métodos e técnicas para a produção e caracterização de materiais nanoestruturados, além do entendimento do efeito do tamanho de grão sobre as propriedades dos materiais em escala nanométrica. Dessa forma, propôs-se neste trabalho a obtenção de materiais multiferróicos nanoestruturados, na forma de bulk com alta densidade e controle microestrutural, com grãos variando de escala micrométrica a nanométrica. Para alcançar este objetivo, foi desenvolvida uma metodologia para a obtenção de pós de niobato de ferro e chumbo, Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 (PFN) e tungstanato de ferro e chumbo, Pb(Fe2/3W1/3)O3 (PFW), com tamanhos médios de partículas em torno de 150 nm, livre de contaminação, mínima aglomeração e com resultados altamente reprodutivos por meio da técnica de micromoagem. Em relação à consolidação dos materiais, o procedimento convencional requer altas temperaturas e longos tempos de patamar para uma densificação satisfatória, resultando em um crescimento de grão superior ao desejado. Por meio da técnica de sinterização rápida fast sintering , somente altas taxas de aquecimento não são suficientes para garantir uma densificação satisfatória bem como inibir o crescimento de grãos. A obtenção de amostras densas nanoestruturadas com tamanhos médio de grão de aproximadamente 200 nm só foi possível utilizando a técnica spark plasma sintering (SPS), que permite a sinterização a temperaturas correspondentes ao estágio intermediário de sinterização, inibindo o crescimento de grãos. As amostras de PFN e PFW obtidas por meio da técnica de SPS apresentaram alta condutividade à temperatura ambiente devido às condições extremas de redução que a amostra sofre somada ao uso de altas densidades de corrente durante a sinterização, sendo necessária a oxidação das mesmas. Através da caracterização dielétrica, verifica-se que a diminuição nos tamanhos de grãos de escala micrométrica para nanométrica resulta em menores valores de permissividade na temperatura de transição de fase, além de um alargamento dos picos. Contudo, a técnica de sinterização SPS somada ao processo de oxidação torna possível a obtenção de amostras de PFW com altos valores de constate dielétrica (na ordem de 104), a temperatura ambiente, resultado extremamente motivador no que diz respeito à aplicação.