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Tesis Doctoral
DOI
10.11606/T.88.2011.tde-19042011-172117
Documento
Autor
Nombre completo
Alexandre Mesquita
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Carlos, 2011
Director
Tribunal
Mastelaro, Valmor Roberto (Presidente)
Arantes, Vera Lúcia
Bessais, Lotfi
Eiras, José Antonio
Michalowicz, Alain
Título en portugués
Síntese e caracterização estrutural e dielétrica de compostos ferroelétricos 'PB IND.1-X''R IND.X''ZR IND.0,40''TI IND.0,60''O IND.3' (R = La, Ba)
Palabras clave en portugués
Difração de raios X
Espectroscopia de impedância
Espectroscopia de raios X
Materiais ferroelétricos
Materiais relaxores
PZT
Titanato e zirconato de chumbo
Resumen en portugués
O titanato e zirconato de chumbo 'PB'('ZR'1-y'TI'y)'O IND.3' é um material ferroelétrico de estrutura perovskita que tem sido aplicado como transdutores, amplificadores, sensores piezoelétricos, piroelétricos e memórias ferroelétricas. É bem estabelecido que a incorporação de íons de 'LA POT.3+' ou 'BA POT.2+' nos sítios ocupados pelo 'PB' no sistema 'PB'('ZR'1-y'TI'y)'O' (PZT), formando os sistemas 'PB'1-x'LA'x'ZR'1-y'TI'y'O IND.3' (PLZT) e 'PB'1-x'BA'x'ZR'1-y'TI'y'O IND.3' (PBZT), provoca mudanças significativas nas suas propriedades. No entanto, poucos trabalhos tem sido dedicados a esses sistemas contendo altas concentrações de 'TI', principalmente no que se refere à estrutura desses materiais. Assim, este trabalho teve por objetivo analisar as propriedades estruturais e suas correlações com as propriedades dielétricas dos sistemas 'PB'1-x'LA'x'ZR'0,40'TI'0,60'O IND.3' (PLZT100x) e 'PB'1-x'BA'x'ZR'0,40'TI'0,60'O IND.3' (PBZT100x) em função da composição e da temperatura. Foram preparadas amostras cerâmicas por meio de sinterização convencional com x variando entre 0,05 e 0,21 para o sistema PLZT e entre 0,10 e 0,50 para o sistema PBZT. Em relação à estrutura a longa distância, medidas de difração de raios X mostraram uma diminuição no grau de tetragonalidade com o aumento da concentração dos cátions substituintes, que foi atribuída à formação de vacâncias no sítio A (caso do 'LA') e diferença entre o raio iônico (caso do 'BA'). Estas alterações estruturais em função da composição foram também responsáveis pelo aumento do grau de difusidade das curvas de permissividade dielétrica e pela observação de um estado ferroelétrico relaxor nas amostras contendo altas concentrações de 'LA' e 'BA'. Em relação à estrutural local, os resultados obtidos através da técnica de espectroscopia de absorção de raios X (XAS) nas bordas 'K' do 'TI' e LIII do 'PB' mostraram que a incorporação de átomos de 'LA' ou 'BA' à estrutura do PZT leva a uma redução no deslocamento do átomo de 'TI' em relação ao centro do octaedro 'TI'O IND.6' e mudanças na ordem local do átomo de 'PB'. No que tange as composições contendo 21% at. de 'LA' e 50% at. de 'BA', diferentemente dos resultados de DRX que mostraram uma simetria cúbica, a técnica de XAS mostrou uma simetria local tetragonal. Em bom acordo com os resultados obtidos pela técnica de espectroscopia Raman, espectros EXAFS medidos em altas temperaturas mostraram também que a estrutura local não é compatível com uma estrutura de simetria cúbica. Espectros XANES medidos na borda 'K' do oxigênio revelaram uma redução no grau de hibridização entre os estados 2p do 'O' com 6sp do 'PB' à medida que a concentração de 'LA' ou 'BA' aumenta, que estaria relacionada com o surgimento de comportamento relaxor. Amostras cerâmicas densas nanoestruturadas de composição PZT, PLZT11 e PBZT10 foram preparadas pelo método de spark plasma sintering (SPS) a fim de analisar a influência do tamanho de grão. Foi verificado que as amostras sinterizadas por SPS apresentam tamanho de grão em torno de 60 nm. A caracterização dielétrica destas amostras mostra que a redução do tamanho de grão causa uma redução no valor de máximo da permissividade dielétrica e características difusas da permissividade em função da temperatura devido ao aumento das regiões de contorno de grão.
Título en inglés
Synthesis and characterization of 'PB IND.1-X''R IND.X''ZR IND.0,40''TI IND.0,60''O IND.3' (R = La, Ba)
Palabras clave en inglés
Ferroelectric material
Impedance spectroscopy
Lead titanate zirconate
PZT
Relaxor material
X-ray absorption spectroscopy
X-ray diffraction
Resumen en inglés
Lead titanate zirconate ('PB'('ZR'1-x'TI'x)'O IND.3') are ferroelectric materials with perovskite structure which has been used as transducers, capacitors, piezoelectric and pyroelectric sensors and ferroelectric memories. The substitution of 'PB POT.+2' ions by 'LA POT.+3' or 'BA POT.+2' ions in the 'PB'('ZR'1-x'TI'x)'O IND.3' (PZT) system, which leads to the formation of the 'PB'1-x'LA'x'ZR'1-y'TI'y'O IND.3' (PLZT) and the 'PB'1-x'BA'x'ZR'1-y'TI'y'O IND.3' (PBZT) systems, induces several changes in the electric and structural properties of these materials. However, PLZT or PBZT systems based on 'TI'-rich compositions have not been thoroughly investigated and the literature contains few reports concerning their structure. Thus, the main objectives of this doctoral thesis were the synthesis and structural characterization of 'PB'1-x'R'x'ZR'0.40'TI'0.60'O IND.3' ferroelectric ceramic samples, with R = 'BA' and 'LA' and x between 0.00 to 0.50 (PLZT100x and PBZT100x). The characterization with X-ray diffraction technique of these samples showed a decrease of the tetragonality degree with increase of the doping cation concentration, which was related to the appearance of defects caused by the incorporation of 'LA' or 'BA' cations. These structural modifications were also responsible by the increase of the diffuseness at the dielectric permittivity and a relaxor behavior as a function of the 'LA' or 'BA' concentration. Concerning the local structure, XANES spectra in the absorption edge of various elements in PLZT and PBZT samples were performed. In the cases of 'TI' 'K'-edge absorption, the doping of 'LA' and 'BA' atoms in the PZT structure leads to a reduction of the displacement of 'TI' atom in the center of the 'TI'O IND.6' octahedron. However, even when the crystal structure is cubic, a local octahedron distortion remains. EXAFS measurements in 'PB' LIII-edge and 'ZR' 'K'-edge were performed and also indicate that local structure around lead or zirconium atoms is also affected by the introduction of 'LA' and 'BA' atoms in the PZT structure. In addition, XANES spectra measured at 'O' 'K'-edge revealed a reduction in the hybridization degree between 'O' 2p and 'PB' 6sp states with the addition of 'LA' or 'BA' atoms to the structure of PZT. It has been shown that hybridization between these states is essential to ferroelectricity and this reduction would be related to the relaxor behavior. PLZT and PBZT systems were also studied depending on the size of particle size in a nanometer scale. Thus samples PZT, PLZT11 and PBZT10 compositions were prepared using the synthesis method of precursor polymers and the process of sintering by spark plasma. A pronounced decrease in the values of maximum permittivity was observed and the dielectric curve as a function of the temperature exhibits a diffuse behavior. This size-induced diffuse phase transition and the reduction of the permittivity magnitude could be related to the differences between the core grain and the grain boundaries.
 
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Fecha de Publicación
2011-07-25
 
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  • FRAYGOLA, BARBARA, et al. Fe valence fluctuations and magnetoelastic coupling in Pb-based multiferroics perovskites [doi:10.1002/pssa.201228376]. Physica Status Solidi. A, Applications and Materials Science [online], 2012, vol. 1-5, p. n/a-n/a.
  • MASTELARO, V. R., MICHALOWICZ, A., e MESQUITA, A. Local order and electronic structure of Pb1 xLaxZr0.40Ti0.60O3 materials and its relation with ferroelectric properties [doi:10.1063/1.4720472]. Journal of Applied Physics [online], 2012, vol. 111, p. 104110.
  • MESQUITA, A., et al. Fe K-edge X-ray absorption spectroscopy study of Pb(Fe2/3W1/3)O3-PbTiO3 multiferroic ceramics [doi:10.1063/1.4795505]. Journal of Applied Physics [online], 2013, vol. 113, p. 114104.
  • MESQUITA, A., et al. In situ X-ray diffraction studies of phase transition in Pb1- x La x Zr0.40Ti0.60O3 ferroelectric ceramics [doi:10.1080/01411591003697090]. Phase Transitions [online], 2010, vol. 83, p. 251-262.
  • MESQUITA, A., et al. Local structure around Fe ions on multiferroic Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 ceramics probed by x-ray absorption spectroscopy [doi:10.1063/1.4709490]. Applied Physics Letters [online], 2012, vol. 100, p. 172907.
  • MESQUITA, A., MASTELARO, V.R., and MICHALOWICZ, A.. In situ X-ray diffraction studies of phase transition in Pb [doi:10.1080/01411591003697090]. Phase Transitions [online], 2010, vol. 83, n. 4, p. 251-262.
  • MESQUITA, A., MICHALOWICZ, A., and MASTELARO, V. R.. Local order and electronic structure of Pb1−xLaxZr0.40Ti0.60O3 materials and its relation with ferroelectric properties [doi:10.1063/1.4720472]. Journal of Applied Physics [online], 2012, vol. 111, n. 10, p. 104110.
  • MESQUITA, A., MICHALOWICZ, A., and Mastelaro, V.R. Influence of Ba-substitution on the structural and ferroelectric properties of Pb 1− x Ba x Zr 0.40 Ti 0.60 O 3 ceramic materials [doi:10.1080/01411594.2011.647025]. Phase Transitions [online], 2012, vol. 85, p. 1-16.
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  • MESQUITA, Alexandre, et al. Grain size effect on the structural and dielectric properties of Pb0.85La0.15TiO3 ferroelectric ceramic compound [doi:10.1016/j.ceramint.2012.04.039]. Ceramics International [online], 2012, vol. 38, n. 7, p. 5879-5887.
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  • MESQUITA, Alexandre, et al. Nanograined Ferroelectric Ceramics Prepared by High-Pressure Densification Technique [doi:10.1111/j.1551-2916.2009.03083.x]. Journal of the American Ceramic Society [online], 2009, vol. 92, p. 1679-1683.
  • MESQUITA, Alexandre, et al. Pb [doi:10.1080/00150193.2012.676958]. Ferroelectrics [online], 2012, vol. 429, n. 1, p. 69-74.
  • MESQUITA, Alexandre, et al. Pb 0.90 Ba 0.10 Zr 0.40 Ti 0.60 O 3 Nanostructured Ferroelectric Ceramics Prepared by Spark Plasma Sintering [doi:10.1080/00150193.2012.676958]. Ferroelectrics [online], 2012, vol. 429, p. 69-74.
  • MESQUITA, Alexandre, et al. Size-induced diffuse behavior in Pb0.89La0.11Zr0.40Ti0.60O3 nanocrystalline ferroelectric ceramics [doi:10.1016/j.solidstatesciences.2012.07.027]. Solid State Sciences [online], 2012, vol. 14, n. 9, p. 1392-1397.
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  • MESQUITA, Alexandre, MICHALOWICZ, Alain, and MASTELARO, Valmor Roberto. Ti K-edge XANES and Pb L [doi:10.1088/1742-6596/190/1/012081]. Journal of Physics: Conference Series [online], 2009, vol. 190, p. 012081.
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  • MESQUITA, Alexandre, MICHALOWICZ, A., e MASTELARO, V. R. EXAFS and XRD study of Pb1-x RxZr0.40Ti0.60O3 (R=La,Ba). In 20a Reuniao anual de usuarios do LNLS (RAU), Campinas. Resumos da 20a Reuniao anual de usuarios do LNLS (RAU). : LNLS, 2010. Resumo.
  • MESQUITA, A., MICHALOWICZ, A., e MASTELARO, V. R. Estudo da Transicao de fase em ceramicas ferroeletricas de composicao Pb1-xRxZr0.40Ti0.60O3 (R=La, Ba). In 54 Congresso Brasileiro de Ceramica, Foz do Iguacu, 2010. Resumos do 54 Congresso Brasileiro de Ceramica. : ABC, 2010. Resumo.
  • MESQUITA, Alexandre, et al. Pb1-xRxZr0.40Ti0.60 (R=La,Ba) nanostructured ferroeletric ceramics prepared by the spark plasma sintering technique. In IX Brazilain MRS Meeting, Ouro Preto, 2010. Resumos do IX Brazilain MRS Meeting. : SBPMat, 2010. Resumo.
  • MESQUITA, Alexandre, et al. PbZr0.40Ti0.60)3 and Pb1-xBaxZr0.40Ti0.60O3 Nanostructured ferroelectric ceramics prepared by spark plasma sintering. In 12th European Meeting on Ferroelectricity, Bordeaux, 2011. Procedings of 12th European Meeting on Ferroelectricity., 2011. Abstract.
  • MESQUITA, Alexandre, et al. XAs studies of Pb1-xRxZr0.40Ti0.60O3 (R=La,Ba) Ferrolectric Materials. In 14th International Conference on X-ray Absorption Fine Structure, Camerino, Italia, 2009. Proceedings of the 14th International Conference on X-ray Absorption Fine Structure., 2009. Resumo.
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  • MESQUITA, A., Michalowicz, A, e MASTELARO, V. R. Ti K-edge XANES and Pb LIII-edge EXAFS studies of PbZr0.40Ti0.60O3 ferroelectric material. In 14th International Conference on X-Ray Absorption Fine Structure (XAFS14), Camerino, 2009. Proceedings of the 14th International Conference on X-Ray Absorption Fine Structure (XAFS14)., 2009.
  • MESQUITA, Alexandre, et al. Ti K-edge XANES and Pb L III -edge EXAFS studies of PbZr 0.40 Ti 0.60 O 3 ferroelectric material [doi:10.1088/1742-6596/190/1/012081]. In 14th International Conference on X-Ray Absorption Fine Structure (XAFS14), Camerino, 2009. Proceedings of the 14th International Conference on X-Ray Absorption Fine Structure (XAFS14).Bristol : IOP PUBLISHING LTD, DIRAC HOUSE, TEMPLE BACK, BRISTOL BS1 6BE, ENGLAND, 2009. Resumo.
  • MESQUITA, Alexandre, e MASTELARO, V. R. Caracterização por difração de raios-X e dieletrica de ceramicas ferroeletricas Pb1-xRxZr0.4Ti0.6O3 (R=La, Ba. In 52 Congresso Brasileiro de Cerâmica, Florianopolis, 2008. Resumos do 52 Congresso Brasileiro de Carâmica., 2008. Resumo.
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