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Previous issue date: 2014-08-07 / Universidade Federal de Sao Carlos / Motivated by the great growth presented in the last decade in research on lead-free piezoelectric ceramics and the fact that some ceramic systems, as those based on bismuth, have been identified as promising candidates to substitute the lead zirconate titanate (PZT) in their present technological applications, was proposed as the objective of this work, study the effect of adding 𝐵𝑎𝑇 𝑖𝑂3 (BT) on the structural, electrical and anelastic properties exhibit by the system (1−𝑥)𝐵𝑖0.5𝑁𝑎0.5𝑇𝑖𝑂3−𝑥𝐵𝑎𝑇 𝑖𝑂3 (BNT-BT). The structural characterization was performed by the techniques of X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. The morphological and compositional aspects (qualitative), in the calcined powders, and the sintered samples were studied by scanning electron microscopy (SEM). The ferroelectric and dielectric character of the compositions were obtained through characterization of ferroelectric hysteresis exhibit and using the technique of electrical impedance spectroscopy, respectively. Phase transitions and the possible mechanisms of anelastic relaxation were studied by the technique of mechanical spectroscopy. Samples were obtained by the method of solid state reaction, where it was possible to obtain compositions with 0.00 ≤ 𝑥 ≤ 0.08 with relative density greater than 95% and without the presence of spurious or secondary phases. On profiles of X-ray diffraction for the different studied sintered compositions was applied the method of Rietvelt refinement which allow the determination and confirmation of the crystal structures in the samples under study, and the presence of a morphotropic phase boundary (MPB) for the BNT-BT. The XRD results were corroborated by the results of Raman spectroscopy. The ferroelectric nature of the different compositions of BNT-BT system studied was confirmed. Electrical phase transitions (F-Af and Af-P) and structural transitions (R-T and T-C) exhibited by the BNT-BT were characterized by mechanical spectroscopy (using a dynamical mechanical analyzer (DMA)), and by electrical impedance spectroscopy, employing the results in complementing the electrical and structural phase diagram of this system. In addition to the phase transitions obtained, the technique of mechanical spectroscopy for compositions between 0.00 ≤ 𝑥 ≤ 0.03, allowed the observation of a complex process of anelastic relaxation that was associated with interactions and mobility of different defects present, which possibly contribute significantly to an increase of conductivity in these materials, which had not been previously reported in the literature. / Motivados pelo grande crescimento apresentado na última década nas pesquisas em cerâmicas piezoelétricas livres de chumbo e o fato de alguns sistemas cerâmicos, como os baseados em bismuto, já terem sido identificados como promissores candidatos à substituição do titanato zirconato de chumbo (PZT) em suas atuais aplicações tecnológicas, foi proposto como objetivo deste trabalho, estudar a influência da adição de 𝐵𝑎𝑇 𝑖𝑂3 (BT) sobre as propriedades estruturais, elétricas e anelásticas exibidas pelo sistema (1 − 𝑥)𝐵𝑖0,5𝑁𝑎0,5𝑇𝑖𝑂3 − 𝑥𝐵𝑎𝑇 𝑖𝑂3 (BNT-BT). A caracterização estrutural foi realizada por meio das técnicas de difração de raios-X (DRX) e espectroscopia Raman. Os aspectos morfológico e composicional (qualitativo), tanto dos pós calcinados, quanto das amostras sinterizadas foram estudados mediante microscopia eletrônica de varredura (MEV). O caráter ferroelétrico e dielétrico das composições estudadas foram obtidos por meio da caracterização da histerese ferroelétrica exibida e da técnica de espectroscopia de impedância elétrica, respectivamente. As transições de fase e os possíveis mecanismos de relaxação anelástica foram estudados utilizando a técnica de espectroscopia mecânica. As amostras foram obtidas pelo método de reação de estado sólido, onde foi possível obter composições com 0, 00 ≤ 𝑥 ≤ 0, 08 com densidades relativas maiores que 95% e sem a presença de fases espúrias ou secundárias. Aos perfis de difração de raios-X para as diferentes composições sinterizadas estudadas foi aplicado o método de refinamento Rietvelt que permitiu a determinação e confirmação das estruturas cristalinas nas amostras em estudo, além da presença de contorno de fase morfotrópico (CFM) para o BNT-BT. Os resultados de DRX foram corroborados por meio dos resultados de espectroscopia Raman. O carácter ferroelétrico das diferentes composições do sistema BNT-BT estudadas foi confirmado. Tanto as transições de fase elétricas, ferroelétricaantiferroelétrica (F-Af) e antiferroelétrica-paraelétrica (Af-P), quanto as transições estruturais, romboédrica-tetragonal (R-T) e tetragonal-cubica (T-C), exibidas pelo BNT-BT foram caracterizadas por espectroscopia mecânica (por meio de um analisador dinâmico mecânico(DMA)) e por espectroscopia de impedância elétrica, empregando-se os resultados obtidos na complementação do diagrama de fase elétrico e estrutural deste sistema. Além das transições de fase obtidas, a técnica de espectroscopia mecânica, para composições entre 0, 00 ≤ 𝑥 ≤ 0, 03, propiciou a observação de um processo de relaxação anelástica complexo que foi associado a interações e mobilidade de diferentes defeitos presentes, que possivelmente contribuem significativamente para um aumento de condutividade nestes materiais, que não haviam sido reportado anteriormente na literatura.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/5335 |
| Date | 07 August 2014 |
| Creators | Diaz, Julio Cesar Camilo Albornoz |
| Contributors | Silva Junior, Paulo Sergio da |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Fisioterapia, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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