Borde de fase morfotrópica y propiedades eléctricas del sistema (1-x) Bi0.5Na0.5TiO3 ? K0.5Na0.5NbO3

MIRIAM CASTRO; LEANDRO RAMAJO; ANDREA PRADO

Mar del Plata

Jornada; 3º Jornadas Nacionales de Investigación Cerámica; 2017

INTEMA

Actualmente existe un gran interés por el estudio de nuevos materiales libres de plomo con propiedades piezoeléctricas, tales como los titanatos de bismuto y sodio Bi0,5Na0,5TiO3 (BNT), titanatos de bismuto y potasio Bi0,5K0,5TiO3 (BNKT) y niobatos alcalinos de tipo K0,5Na0,5NbO3 (KNN) [1]. Debido a sus buenas propiedades, pueden ser considerados como excelentes candidatos para sustituir a los cerámicos convencionales de zirconato-tianato de plomo (PZT), que por su alto contenido de óxido de plomo (PbO) son considerados tóxicos y peligrosos [2]. Asimismo, se han estudiado diferentes soluciones sólidas del tipo (1-x)Bi0.5Na0.5TiO3?xK0,5Na0,5NbO3, (BNT-KNN) que presentan la coexistencia de la estructura romboédrica y tetragonal en el borde de fase morfotrópica (MPB) (x cercano a 0,05) [3]. En esta región se pueden obtener mejores propiedades piezoeléctricas y dieléctricas debido a la existencia de múltiples orientaciones de polarización. En este trabajo, para la preparación de las muestras, se mezclaron los reactivos (Bi2O3, K2CO3, Na2CO3, TiO2 y Nb2O5) en un molino planetario en medio alcohólico, durante 3 horas en diferentes proporciones dentro de la zona cercana al límite de fase morfotrópico (x= 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07). Los polvos se conformaron por prensado uniaxial y se sinterizaron a 1150°C durante 2 horas. La densidad de las muestras sinterizadas fue determinada mediante el método de Arquímedes. Posteriormente, los cerámicos fueron caracterizados mediante Difracción de Rayos X (DRX), Espectroscopía Raman y Microscopía Electrónica de Barrido (SEM). Previo a la determinación de las propiedades eléctricas, sobre las muestras se pintaron electrodos de plata-paladio. Las propiedades dieléctricas se midieron en el intervalo de frecuencia entre 100Hz y 10MHz y en un rango de temperatura entre 30°C y 500°C. También se realizaron ciclos de histéresis para determinar la naturaleza ferroeléctrica y se midió el coeficiente piezoeléctrico de las muestras d33. Los patrones de DRX mostraron la fase principal esperada sin presencia de fases secundarias. En las imágenes de SEM se pudo observar un cambio de morfología con el aumento en la composición del KNN, presentando granos menos definidos, pero con tendencia a la morfología típica del KNN. Para la composición cercana a X=0.05 se obtuvieron los mejores resultados de d33 y constante dieléctrica.