A evolução do potencial de superfície de amostras dielétricas é calculada através da resolução de modelos teóricos pelo método numérico de diferenças finitas. São considerados os fenômenos de polarização elétrica, condutividade intrínseca, injeção de carga espacial, dissociação iônica no volume da amostra e difusão de moléculas, através da superfície da amostra, as quais podem se dissociar no volume. A subida do potencial de superfície é calculada para cada caso e também são discutidas as situações nas quais se consideram a ocorrência de dois fenômenos. Procura-se, com a ajuda dos modelos desenvolvidos, interpretar o comportamento geral da subida do potencial em função do tempo para amostras ferroelétricas (polímero PVDF-beta e copolímero P(VDF-TrFE)) e amostras não ferroelétricas (polímero PVDF-alfa). / The finite-difference method has been employed for the determination of the surface potencial buildup of dielectric samples. In the models several processes have been considered such as the electric polarization, intrinsic conductivity, space charge injection, ionic dissociation and diffusion of molecules which dissociates in the sample bulk. The surface potential has been determined for each case considering two different phenomena. The models developed throughout the work are used for interpreting surface potential buildup curves of ferroelectric materials (PVDF-beta and P(VDF-TrFE) copolymers) and also of non-ferroelectric PVDF-alfa samples.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-10Bitstream added on 2014-06-13T18:41:26Z : No. of bitstreams: 1 fuzarijunior_gc_dr_ilha.pdf: 2491694 bytes, checksum: c09e7e7eb16e8b1d4eed262b46a092d8 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / No presente trabalho foram preparados filmes compósitos de PZT/PVDF com PAni por mistura mecânica e posterior prensagem a quente. A PAni foi inserida de duas maneiras distintas no compósito: recobrindo parcialmente os grãos cerâmicos; e disposta separadamente aos grãos. Foram controladas as razões volumétricas dos constituintes dos compósitos e a condutividade da PAni que pode ser controlada pelo seu grau de protonação. A grande vantagem de sistemas com grãos recobertos é garantir a proximidade de canais de condução (ou polarização) com o grão, além de impossibilitar a percolação da fase condutora se o compósito exibir conectividade 0-3. Para o caso das amostras preparadas com PAni (dopada) disposta separadamente do grão, quando o limiar de percolação é alcançado, torna-se impossível o processo de polarização. Para compósitos com grãos recobertos, os melhores resultados em relação às propriedades de eletroatividade (e polarização) são encontrados acima da concentração crítica, onde o padrão de conectividade 0-3 já não é válido. As grandes vantagens obtidas usando compósitos com condutividade controlada são principalmente o tempo mais curto e o campo elétrico inferior usado para a polarização. Os resultados mostraram que é possível obter filmes compósitos com baixo conteúdo de cerâmica recoberta, que apresentem boas propriedades de eletroatividade e flexibilidade. Como uma de suas possíveis aplicações, o compósito mostrou boas propriedades como sensor fototérmico. / In the present work composite films of PZT-PAni/PVDF were prepared hot pressing the mixture of components mechanically mixed. The PAni was inserted into the composite by two different ways: partially recovering the ceramic grains; and dispersed separately from the ceramic grains. Volumetric ratio of the single phases of the composite and the electrical conductivity of the PAni were controlled. The advantage of systems with ceramic grains partially recovered is that it allow the neighborhood of conduction channels (or poling) with the ceramic grain, besides to prevent the percolation of the conducting phase if the composite exhibit 0-3 connectivity. For the case of samples prepared with doped PAni dispersed separately from the ceramic grain, the poling process is not able when the limiar of percolation is reached. For composites with partially recovered grains the best results concerned to the electroactive properties (and polarization) are obtained over the critical concentration where the 0-3 connectivity pattern is not valid. The advantages obtained using composite with controlled conductivity are mainly the poling short time of polarization and the lower electric field. The results showed the possibility to obtain composite films with low content of recovered ceramic grain, which shows good electroactive property with flexibility. The composite also showed good properties as photothermal sensor

Orientador: Alexandre Zirpoli Simoes / Banca: José Vitor Candido de Souza / Banca: Mauricio Antonio Algatti / Banca: Francisco Moura Filho / Banca: Filiberto González Garcia / Resumo: Os elementos de memórias de múltiplos estados nos quais a informação pode ser armazenada tanto nos estados de polarização quanto no estado de magnetização espontânea do elemento, podem ser obtidos, através da fabricação de filmes finos texturizados de BiFeO3 (BFO) dopados com Cálcio, sobre eletrodo de (Pt/TiO2/SiO2/Si), visando otimizar as propriedades ferroeletromagnêticas. O método Pechini ou percursores poliméricos, depositados por "Spin-Coating", é relativamente de fácil controle e baixo custo para a deposição de filmes finos texturizados. O cristal do BiFeO3 possui uma estrutura perovskita distorcida em um sistema romboédrica, mas em formato de filme fino encontramos uma fase pseudo tetragonal favorável as propriedades de memorias de múltiplos estados, como a diminuição da degradação, aumento da polarização espontânea e remanescente, diminuição na corrente de fuga, diminuição do tempo de resposta ao impulso, crescimento epitaxial, controle de vacâncias de oxigênio e diminuição de fases secundarias. Tudo isso é atingido, através de variações das resinas, controlando a volatização excessiva do Bismuto e de parâmetros no crescimento do filme, como, o tempo e temperatura de cristalização, da quantidade de dopante Ca, na variação de diferentes eletrodos óxidos de base para produção do filme fino. Apesar das excelentes propriedades dos filmes finos de BiFeO3 (BFO), dois sérios problemas são comumente encontrados para imediata aplicação deste material em memórias multiferróica... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The multi-state memory elements in which the information can be stored in both the polarization states and the spontaneous magnetization state of the element can be obtained by the production of calcium-doped thin films of BiFeO3 (BFO) on electrode (Pt / TiO2 / SiO2 / Si), in order to optimize ferroelectromagnetic properties. The Pechini method or polymer precursors, deposited by Spin-Coating, is relatively easy to control and low cost for the deposition of textured thin films. The crystal of the BiFeO3 has a perovskite structure distorted in a rhombohedral system, but in thin film format we find a pseudo tetragonal phase favorable to the properties of memories of multiple states, such as the decrease of the degradation, increase of the spontaneous and remaining polarization, decrease in the current reduction of impulse response time, epitaxial growth, control of oxygen vacancies and decrease of secondary phases. All of this is achieved through variations of the resins, controlling the excessive volatilization of Bismuth and parameters in the growth of the film, such as the time and temperature of crystallization, the amount of dopant Ca, in the variation of different base oxides electrodes for production of the thin film. Despite the excellent properties of the BiFeO3 (BFO) thin films, two serious problems are commonly encountered for the immediate application of this material in multiferroic memories: high current density, resulting in Fe (Fe3 + to Fe2 +) valence fluctuatio... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Eudes Borges de Araújo / Resumo: O objetivo do trabalho foi estudar as propriedades estruturais dos filmes finos de ferrita de bismuto (BFO) ao se adicionar excesso de nitrato de ferro ao invés de nitrato de bismuto conforme muitas referências na literatura vêm praticando com a intenção de obter um BFO puro. Filmes finos de BFO foram preparados sobre substratos Pt/TiO2/SiO2/Si(100) usando o método de Pechini pertencente a rota química sol-gel polimérica. Foram produzidos filmes de estequiometria nominal e de variação de 2, 4, 6, 8, 10 e 12 mol% de excesso de nitrato de Ferro. O processo de síntese dos filmes passou por quatro deposições, quatro pirólises a 300 ºC por 20 minutos e cristalização a 600 ºC por 40 minutos. As propriedades físicas dos filmes foram investigadas usando técnicas de MEV, DRX, Raman e EDS. Rietveld foi usado para calcular os parâmetros de rede e o modelo de Williamson-Hall foi usado para calcular o tamanho do cristalito e o microstrain. Resultados do DRX revelaram o aparecimento da fase secundária Bi2O3, ela aparece quando há o excesso de bismuto. Resultados do EDS confirmam o excesso de Bi. A técnica de EDS apontou uma maior At% do bismuto em relação ao ferro em todas as amostras, sendo que, a de 12 mol% foi a que apresentou características mais próxima de uma estequiometria desejável para a produção de um BFO puro. / Abstract: The objective of this work was to study the structural properties of bismuth ferrite (BFO) thin films by adding excess iron nitrate instead of bismuth nitrate as many references in the literature have been practicing with the intention of obtaining a pure BFO. BFO thin films were prepared on Pt / TiO2 / SiO2 / Si (100) substrates using the Pechini method belonging to the polymeric sol-gel chemical route. Films of nominal stoichiometry and variation of 2, 4, 6, 8, 10 and 12 mol% of iron nitrate excess were produced. The synthesis process of the films went through four depositions, four pyrolysis at 300 ºC for 20 minutes and crystallization at 600 ºC for 40 minutes. The physical properties of the films were investigated using SEM, XRD, Raman and EDS techniques. Rietveld was used to calculate lattice parameters and the Williamson-Hall model was used to calculate crystallite size and microstrain. XRD results revealed the appearance of the secondary phase Bi2O3, it appears when there is excess bismuth. EDS results confirm excess Bi. The EDS technique showed a higher At% of bismuth in relation to iron in all samples, and the 12 mol% was the one that presented characteristics closer to a desirable stoichiometry for the production of a pure BFO. / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-02-15Bitstream added on 2014-06-13T19:27:02Z : No. of bitstreams: 1 freire_rlh_me_ilha.pdf: 1499812 bytes, checksum: c68dc0f0c8070f1cf78c922fae42e2df (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O titanato zirconato de chumbo dopado com lantânio, dado convencionalmente pela fórmula estequiométrica Pb1− x Lax ( Zry ; Ti1− y ) 1− x / 4 O3 , com x = 0,09 e y = 0,65, também conhecido como PLZT 9/65/35, é um importante sistema ferroelétrico relaxor devido as suas propriedades dielétricas, elétricas e eletroóticas. Sendo um ferroelétrico, exibe, também, propriedades tais como piezo e piroeletricidade, dependendo apenas das proporções em que são preparados. Logo, esse sistema é bastante interessante para uma gama de aplicações tecnológicas. Na forma de filmes finos, a composição PLZT 9/65/35 tem sido amplamente estudada e preparada pelos mais diversos métodos. Neste trabalho propõe-se a síntese de filmes finos ferroelétricos da composição PLZT 9/65/35 pelo método dos precursores óxidos, a fim de se compreender a dinâmica dos processos de cristalização e, também, avaliar suas propriedades físicas, como permissividade elétrica e histerese ferroelétrica. A intenção, assim, é colaborar com as informações presentes na literatura sobre as propriedades de filmes finos de PLZT 9/65/35 / The lead zirconate titanate doped with lanthanum, conventionally given by stoichiometric formula Pb1− x Lax ( Zry ; Ti1− y ) 1− x / 4 O3 , with x=0,09 and y=0,65, also known as PLZT 9/65/35, is an important relaxor ferroelectric system due to its dielectric, electrical and electrooptical properties. Being a ferroelectric material exhibits also properties such as piezo- and piroelectricity, depending upon the extent to which they are prepared. Therefore, this system is very interesting for a range of technological applications. In the thin films format, the composition PLZT 9/65/35 has been widely studied and prepared by several methods. In this project it is proposed the synthesis of thin films of such material by the oxide precursor method in order to understand the dynamics of crystallization process and also to evaluate their physical properties like electrical permittivity and ferroelectric hysteresis. The intention, thus, is collaborate with the information presented in the literature about the properties of PLZT 9/65/35 thin films

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 2016-06-02T20:15:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3739.pdf: 7585399 bytes, checksum: ef36ef70df9522baa0ebe2cbbca4ebce (MD5) Previous issue date: 2011-12-17 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work, one of the goals was the stabilization and/or optimization of the perovskita phase in the (Pb,La)(Mg1/3Nb2/3)O3+PbTiO3 (PLMN-PT) e Pb(Mg1/3Nb2/3)O3+PbTiO3+La2O3 (PMN-PT:La) powders in order to obtain ceramics with appropriate quality for optical applications. The stabilization of the system studied here was possible by the use of oxygen atmosphere in the powder calcinations process and densification process. Secundary phases, smaller to 5% and until 0% for the calcined powders and the densified pellets respectively were archived. After being given the best calcinations conditions, the pellets were conventionally and uniaxially hot pressing densified on oxygen atmosphere. For all the ceramics were performed structural, micro structural, and electrical characterizations. Comparisons between the systems studied (PLMN-PT and PMNPT: La) and between the densified processes used (conventionally and uniaxial hot pressing) were performed for all PT concentration. Relationship between vacancies and PT concentration were determined from measurements realized. Excellent properties were found for all the ceramics, as such, homogeneous microstructure, high density, free secondary phases and electrical properties as the reported in the literature. Light transmission (from visible to near infrared) was observed in ceramics obtained by uniaxil hot pressing. Electro-óptical characterization in function of frequency and temperature unprecedented were performed for all the transparent ceramics using the dynamic method Senarmont. Finally, electro-optics coefficient ideal for technological applications, this being, a clear sign of the excellent quality of the ceramics obtained in this work. / Neste trabalho, foi realizada a estabilização da fase perovskita nos pós de sistemas baseados no composto Pb(Mg1/3Nb2/3)O3+PbTiO3 (PMN-PT) dopado com lantânio. A estabilização da fase perovskita foi analizada primeiro para o sistema PLMN-13PT, obtido pelo método de mistura de óxidos, sendo usadas diferentes atmosferas no processo de calcinação. Após ser determinada a melhor atmosfera para o processo de calcinação, foram calcinados os pós dos sistemas (Pb,La)(Mg1/3Nb2/3)O3+PbTiO3 (PLMN-PT) e Pb(Mg1/3Nb2/3)O3+PbTiO3+La2O3 (PMNPT: La) em função da concentração de PT, com o intuito de estabelecer a influência da concentração de PT e da estequiometria no processo de calcinação. De tais pós, corpos cerâmicos foram densificados convencionalmente e por prensagem uniaxial a quente em atmosfera de oxigênio. Para todas as cerâmicas foram realizadas caracterizações estruturais, microestruturais e elétricas. Encontrando-se ótimas propriedades, tais como: microestrutura homogênea, alta densidade, baixa quantidade de fases espúrias e propriedades elétricas da ordem das já reportadas na literatura, ideais para aplicações tecnológicas. No caso das cerâmicas densificadas convencionalmente foi possível estabelecer a influência de fases espuridas, do tipo pirocloro, e a geração de vacâncias tanto nos sítios A como nos sítios B (dependendo da fórmula estequiométrica usada) nas diversas propriedades. Sendo um parâmetro importante para determinar as propriedades o comportamento do tamanho de grão em função do PT e sua relação com o volume do contorno de grão. Para as cerâmicas densificadas por prensagem uniaxial a quente, a anisotropia das tensões internas podem favorecer a difusão atômica em direções especificas, durante o processo de densificação, conformando uma cerâmica com grãos que possuam gradientes de concentração dos íons constituintes. Assim as propriedades macroscópicas do material, quando prensado, estariam em função da distribuição de composições medias de cada grão. Transmissão de luz (do visível até o infravermelho próximo) foi observada em amostras preparadas por prensagem uniaxial a quente. Os resultados de transmitância foram analisados segundo processos de espalhamento e absorção de luz por poros e fases precipitadas nos grãos e nos contornos de grão. Também vi foram realizadas caracterizações eletro-ópticas para as cerâmicas transparentes. Medidas inéditas de coeficientes eletro-ópticos foram obtidas para todas as amostras transparentes usando-se o método dinâmico Senarmont. Estas medidas foram relacionadas com as propriedades estruturais, microestruturais e dielétricas, encontrando-se relações importantes com a formação de dominios ferroelétricos e sua influência nas medidas ópticas e eletro-ópticas. Coeficientes elétro-ópticos em função da frequência e temperatura também foram obtidos. Encontrou-se coeficientes eletro-ópticos apropriados para aplicações tecnológicas, sendo isto, um claro sinal da excelente qualidade das cerâmicas obtidas neste trabalho.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5630.pdf: 3099342 bytes, checksum: fbeed5a494e649862f705f49e2e47823 (MD5) Previous issue date: 2013-09-09 / Universidade Federal de Sao Carlos / Nesta tese é estudada a resposta elástica e elétrica das perovskitas. As perovskitas são amplamente utilizadas em aplicações técnicas, sendo fundamental na eletrônica e no campo relativamente novo da nanoeletrônica. Elas representam um desafio muito interessante do ponto de vista teórico, devido a uma série de questões ainda não resolvidas. Dois problemas são tratados com diferentes abordagens teóricas. O primeiro problema é focado no comportamento elástico anômalo do CaTiO3 em torno de 200 K. A dinâmica molecular é usada para simular a resposta elástica de uma configuração de monodomínio e polidomínio de CaTiO3 usando o potencial interatômico Vashishta - Rahman. O comportamento anômalo é reproduzido, mas nenhuma mudança estrutural foi detectada. Utilizando a análise não-linear de séries temporais é mostrado que tais anomalias são dinâmicas e são geradas pelo movimento das paredes de domínio. O segundo problema tratado é mais geral e refere-se à resposta dielétrica não-linear. Dois modelos para o movimento de paredes de domínio são propostos com o qual é possível reproduzir os efeitos da intensidade do campo elétrico e frequência, e comportamento transientes. No primeiro modelo, a parede de domínio é considerada como uma membrana esticada. As relações de dispersão e dependência da permissividade com campo elétrico são derivadas. Com este modelo é possível reproduzir o comportamento histerético do permissividade em função do campo elétrico. O modelo explica corretamente o efeito do tamanho de grão na resposta dielétrica. O segundo modelo considera que a parede do domínio comporta-se como um corpo rígido que se move sob a ação de um campo de forças de potencial num meio com dissipação. Supondo que a constante dielétrica segue a dependência É α/1 (α + βE) é obtida a expressão exacta do potencial efectivo. Simulações de corrente de polarização preve corretamente uma lei de potência. O modelo é estendido para amostras polarizadas permitindo o estudo da permissividade dielétrica não-linear para campos elétricos de subswitching. Estes modelos simples para o movimento da parede de domínio podem ser muito úteis para obter informação dos parâmetros microscópicos a partir de medições dielétricas. Também poderiam ser muito úteis para separar correntes condutoras de mecanismos de polarização, especialmente em filmes finos ferroelétricos. / In this thesis the elastic and electric response of perovskites are studied. Perovskites are widely used in technical applications, being fundamental in electronic and in the relatively new field of nanoelectronics. They also pose a very interesting challenge from the theoretical point of view due to a number of unresolved questions. Two problems are treated using different theoretical approaches. The first problem is focused on the anomalous elastic behavior of the CaTiO3 around 200 K. Molecular dynamics simulation is used to simulate the elastic response of a mono-domain and a poly-domain configuration of CaTiO3 using the Vashishta-Rahman interatomic potential. The anomalous behavior is reproduced but no structural change was detected. Using nonlinear time series analysis it is shown that such anomalies are dynamic and are generated by domain walls motion. The second problem treated is more general and concerns the nonlinear dielectric response. Two models of domain wall motion are proposed with which it is possible to reproduce the effects of electric field strength and frequency and transient effects. In the first model, the domain wall is considered as a stretched membrane. Dispersion relationships and dependence of permittivity with electric field are derived. With this model it is possible to reproduce the hysteretic behavior of the permittivity versus electric field. This model correctly explains the effect of grain size on the dielectric response. The second model considers that the domain wall behaves as a rigid body moving under the action of a potential field in a dissipative medium. Assuming that the dielectric permittivity follows the dependence É α/1 (α + βE) the exact expression for the effective potential is obtained. Simulations of polarization current correctly predict a power law. The model is extended to poled samples allowing the study of nonlinear dielectric permittivity under subswitching electric fields. These simple models for domain wall motion could be very useful to obtain information of microscopic parameters from dielectric measurements. They could also be very helpful to separate conductive currents from polarization mechanisms, especially in ferroelectric thin films.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6687.pdf: 6189266 bytes, checksum: 53455b2dbc74d7ed12e918d589c73da5 (MD5) Previous issue date: 2013-11-28 / Financiadora de Estudos e Projetos / This study revisits the lanthanum-modified lead zirconate titanate ferroelectric relaxor system (PLZT) by investigating its electro-optical properties, particularly the variation of birefringence induced by electrical field, n(E). The thermal evolution of n(E), obtained by the Kerr (quadratic) and Pockels (linear) electro-optical effects, was considered in the verification of possible critical temperatures predicted for the transitions between the paraelectric (PE), ergodic ferroelectric relaxor (EFR), non-ergodic ferroelectric relaxor (NEFR), and normal ferroelectric (FE) states. Such temperatures identify the regions that separate different correlation states (static and dynamic) from the polar nano-regions (PNR) present in these materials. This work made use of ceramics La/Zr/Ti = 9/65/35, which are located on the tricritical point of the PZLT phase diagram. The effect of doping with 1% weight of rare-earth oxides (Nd, Ho, Er, Tm e Yb) upon the relaxor behaviour was also investigated. The undoped material was used as a reference system in the elaboration of a protocol for data collection and treatment, which included the results of ferroelectric, dielectric and pyroelectric measurements. The n(E) results obtained for the quadratic response (Kerr effect) as a function of temperature were suitable for determining the freezing temperature (Tf) associated to the FE-FRE transition or to the FRE-FRNE transition, as well as the temperature associated to the maximum electrical permittivity (Tε′m), and the Burns temperature (TB) associated to the FRE-PE transition. Conversely, the dependence of n(E) to linear response (Pockels effect) as a function of temperature proved sensitive for determining the characteristic temperature T*, which indicates the initial temperature for a correlated state of short and mid-range NRP reach during cooling of the material. All of these characteristic temperatures could be determined for the doped PLZT system as well, and the same behaviours were observed for the Kerr and Pockels electro-optical responses. It is worth noting that this is the first time the n(E) linear effect response is applied to the analysis of this system. However, the transition intervals between polar and non-polar states suffered changes according to rules associated to the difference between the ionic radii of rare-earth and the cation that had been replaced in the crystal structure. Although the ferroelectric, electric, dielectric, pyroelectric, and electro-optical properties of the PLZT system were clearly affected by doping, no significant changes in the relaxor behaviour could be observed. / Este trabalho revisita o sistema ferroelétrico relaxor titanato zirconato de chumbo modificado com lantânio (PLZT) a partir de investigações de suas propriedades eletro-ópticas, particularmente da variação da birrefringência induzida por campo elétrico, n(E). Foi considerada a evolução térmica de n(E), obtida pelos efeitos eletro-ópticos Kerr (quadrático) e Pockels (linear), para a determinação (ou validação) de possíveis temperaturas críticas, características de transições entre os estados paraelétrico (PE), ferroelétrico relaxor ergódico (FRE), ferroelétrico relaxor não-ergódico (FRNE) e ferroelétrico normal (FE), previstas para sistemas ferroelétricos relaxores. Tais temperaturas identificam as regiões que separam diferentes estados de correlação (estática e dinâmica) das nano-regiões polares (NRP) presentes nesses materiais. Para o estudo, foram utilizadas cerâmicas da composição La/Zr/Ti = 9/65/35, nomeado PLZT, que se localiza no ponto tricrítico do diagrama de fases. O efeito da dopagem neste sistema, com 1% em peso de óxidos de elementos terras-raras (Nd, Ho, Er, Tm e Yb) sobre o comportamento relaxor, também foi discutido. Como sistema de referência, foram utilizados protocolos de aquisição e tratamento de dados, que incluíram também resultados de medidas ferroelétricas, dielétricas e piroelétricas. Verificou-se que os resultados de n(E) para a resposta quadrática (efeito Kerr), em função da temperatura, permitem a determinação da temperatura de freezing (Tf), associada ora à transição FE-FRE e ora à FRE-FRNE; da temperatura associada àquela de máximo da permissividade elétrica (Tε′m); e da temperatura de Burns (TB), associada à transição FRE-PE. Já a dependência de n(E), para a resposta linear (efeito Pockels), com a temperatura, permite a determinação da temperatura característica T*, indicadora do ponto inicial de um estado correlacionado de curto e médio alcance das NRP, durante o resfriamento do material. Trata-se da primeira vez em que a resposta n(E) do efeito linear é aplicada à análise de sistemas como esse. Todas as temperaturas características puderam ser determinadas no sistema dopado, sendo observadas as mesmas peculiaridades para as respostas eletro-ópticas Kerr e Pockels. Contudo, os intervalos para as transições entre os estados polar e não-polar deslocaram-se, seguindo regras associadas à diferença entre o raio iônico do terra-rara em relação ao do cátion substituído na rede cristalina. Embora a dopagem tenha alterado as propriedades ferroelétricas, elétricas, dielétricas, piroelétricas e eletro-ópticas do sistema PLZT, em geral não foram observadas mudanças no comportamento relaxor.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1982.pdf: 24286598 bytes, checksum: 32a93fa9238fceeb0d34dcefb57ca4dd (MD5) Previous issue date: 2006-08-04 / Financiadora de Estudos e Projetos / The ferroelectric titanate of lead modified with Lanthanum metal system (or PLT) is the most studied of the perovskite structure. It is known that ceramic bodies with specify compositions and adequately chemical preparations can present transparency. However, a quantitative or qualitative analysis of its electro-optics characteristics was not carried through. Therefore, in this work it was ceramic preparation of PLT and the characterization and analysis of concentration of Lanthanum metal and the conditions of processing influence in its microstructural, dielectric, ferroelectrics, optic, structural and electro-optics properties. In this work the solid state was used in the obtained of PLT, using the nominal formula (Pb1-xLax)TiO3, with 0.18_ x _ 0.23. Ceramic bodies had been firing by the uniaxial Hot Pressing technique. Heat treatments in conventional oven under O2 and PbO atmosphere, had been used for the improvement of the transmitance of the samples. In the DRX analysis it was observed formation of perovskite phase with tetragonal symmetry as principal in the powder with little variation of the tetragonalidade factor in function of the Lanthanum metal concentration. For the densitied ceramics, it was meet perovskite phase with tetragonal symmetry and an reduction of the tetragonalidade factor of with the increase of the Lanthanum metal concentration. The grain average size of the ceramic bodies linearly increased with the Lanthanum metal concentration, presenting distinct dependence for each composition in relation to the heat treatment. The dielectric and ferroelectrics properties had been affected by the high conductivity presented for the ceramic bodies with less than 20h of thermal treatment. Such conductivity, as well as the opacity and the yellow color observed in the samples, was associated with the presence of the phase PbO in the grain boundaries. However, high values of transmitance in the next infra-red and visible region and less dielectric losses in low frequencies could have been observed in samples with 20h thermal treatment, depending on the Lanthanum metal concentration. For x=0.23, the highest concentration of analyzed La, the ceramic bodies thermal treatments presented a reduction in the transmittance, probably due ix to the effect of light scattering of rich Lanthanum metal phases precipitated in the grain boundaries (even though it was not detected for DRX). For the first time, the electro-optic coefficients could have been considered for PLT ceramics. The results had shown the importance of thermal treatment after-hot pressing and the concentration of Lanthanum metal in the obtaining of the transparent ceramic bodies with structural, microstructural, electric and optic properties adjusted for the technological applications. / O sistema ferroelétrico titanato de chumbo modificado com lantânio (ou PLT) encontra-se entre os mais conhecidos com estrutura perovskita. Sabe-se, também, por um único trabalho na literatura, que corpos cerâmicos de PLT em composições especificas e preparados adequadamente podem apresentar transparência. Contudo uma análise quantitativa, ou mesmo qualitativa de suas características eletro-ópticas ainda não foi realizada. Por isso, neste trabalho propôs-se a preparação de cerâmicas de PLT para a caracterização e análise da influencia da concentração de lantânio e das condições de processamento em suas propriedades estruturais, microestruturais, dielétricas, ferroelétricas, ópticas e eletro-ópticas. Este trabalho utilizou o processo de síntese por reação de estado sólido na obtenção de pós cerâmicos do sistema ferroelétrico de titanato de chumbo modificado com lantânio, utilizando a fórmula nominal (Pb1-xLax)TiO3, com 0,18 _ x _ 0,23. Corpos cerâmicos foram densificados pela técnica de prensagem uniaxial a quente, tratamentos térmicos, em forno convencional em atmosfera de O2 e PbO, foram utilizados para melhora do grau de transmitância das amostras. Com a análise por difração de raios X observou-se a formação de fase perovskita com simetria tetragonal como majoritária, nos pós com pouca variação do fator de tetragonalidade em função da concentração de lantânio. Para as cerâmicas densificadas, encontrou-se a fase perovskita com simetria tetragonal e uma diminuição acentuada do fator de tetragonalidade com o aumento da concentração de lantânio. O tamanho médio de grão dos corpos cerâmicos aumentou linearmente com a concentração de lantânio, apresentando dependência distinta para cada composição em relação ao tempo de tratamento térmico. As propriedades dielétricas e ferroelétricas foram fortemente afetadas pela alta condutividade apresentada pelos corpos cerâmicos densificados com menos de 20h de tratamento térmico. Tal condutividade, assim como a opacidade e a cor avermelhada observada nas amostras, foi associada à presença da fase de PbO em forma amorfa nos contornos de grão. Contudo altos valores de transmitância na região do visível e infravermelho próximo e menores perdas dielétricas em baixas freqüências puderam ser observadas em amostras com tratamento térmico de 20h, dependendo da concentração de lantânio. Para x=0,23, a mais alta concentração de La analisada, os corpos cerâmicos tratados termicamente apresentaram uma redução na transmitância provavelmente devido ao efeito de espalhamento de luz de fases ricas em lantânio precipitado nos contornos de grão (embora não detectadas por difração de raios X). Pela primeira vez, os coeficientes eletro-ópticos de cerâmicas de PLT puderam ser estimados. Os resultados obtidos mostraram a importância de tratamento térmico pós-prensagem a quente e da concentração de lantânio na obtenção corpos cerâmicos de PLT transparentes com propriedades estruturais, microestruturais, elétricas e ópticas adequadas a aplicações tecnológicas.