СИНТЕЗ И СВОЙСТВА НИОБИЙ- И КОБАЛЬТЗАМЕЩЕННЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ТИТАНАТА ВИСМУТА СО СТРУКТУРОЙ СЛОИСТОГО ПЕРОВСКИТА

Керамическим методом синтезированы твердые растворы Bi4Ti3–2xNbxCoxO12 (x = 0,05, 0,10, 0,15), изучены их кристаллическая структура, тепловое расширение, электрические и диэлектрические свойства. Установлено, что титанаты Bi4Ti3–2xNbxCoxO12 являются полупроводниками p-типа, величина электропроводности которых при низких температурах выше, а при повышенных – ниже, чем для базового титаната висмута Bi4Ti3O12. Найдено, что частичное совместное замещение титана ниобием и кобальтом в Bi4Ti3O12 приводит к увеличению размера элементарной ячейки образующихся при этом твердых растворов, снижению их температуры Кюри, уменьшению диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь и слабо влияет на величину их температурного коэффициента линейного расширения. Для твердых растворов Bi4Ti3,8Nb0,1Co0,1O12 и Bi4Ti3,7Nb0,15Co0,15O12 обнаружено резкое возрастание энергии активации электропроводности при переходе из сегнетоэлектрической области в параэлектрическую.

слоистый титанат висмута, диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери, электропроводность, термо-ЭДС, тепловое расширение

1. Dielectric relaxation and conduction mechanism of dysprosium doped barium bismuth titanate Aurivillius ceramics / T. Badapanda [et al.] // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. – 2017. – Vol. 28, № 3. – P. 2775–2787. DOI: 10.1007/s10854-016-5858-6

2. Hyatt, N. C. Cation disorder in Bi2Ln2Ti3O12 Aurivillius phases (Ln = La, Pr, Nd and Sm) / N. C. Hyatt, J. A. Hriljac, T. P. Comyn // Mat. Res. Bull. – 2003. – Vol. 38. – P. 837–846. DOI: 10.1016/s0025-5408(03)00032-1

3. Ломанова, Н. А. Импедансная спектроскопия поликристаллических материалов на основе фаз Ауривиллиуса системы Bi4Ti3O12–BiFeO3 / Н. А. Ломанова, В. В. Гусаров // Наносистемы: физика, химия, математика. – 2012. – Т. 3, № 6. – С. 112–122.

4. Scott, J. F. Ferrolectric memories / J. F. Scott, C. A. Araujo // Science. – 1989. – Vol. 246. – P. 1400–1405. DOI: 10.1126/ science.246.4936.1400

5. Lanthanum-subsituted bismuth titanate for use in non-volatile memories / B. H. Park [et al.] // Nature. – 1999. – Vol. 401. – P. 682–684. DOI: 10.1038/44352

6. Lazarević, Z. An Approach to Analyzing Synthesis, Structure and Properties of Bismuth Titanate Ceramics / Z. Lazarević, B. D. Stojanović, J. A. Varela // Science of Sintering. – 2005. – Vol. 37. – P. 199–216. DOI: 10.2298/sos0503199l

7. Wu, D. Structural phase transition due to La substitution in Bi4Ti3O12 / D. Wu, B. Yang, A. Li. // Phase Transitions. – 2009. – Vol. 82, №. 2. – P. 146–155. DOI: 10.1080/01411590802524992

8. Effect of Ce and La substitution on dielectric properties of bismuth titanate ceramics / N. Pavlović [et al.] // Ceramics International. – 2011. – Vol. 37. – P. 487–492. DOI: 10.1016/j.ceramint.2010.09.005

9. Electrical Properties of Bismuth Titanate Based Ceramics with Secondary Phases / M. Villegas [et al.] // Journal of Electroceramics. – 2004. Vol. 13. – P. 543–548. DOI: 10.1007/s10832-004-5155-2

10. Siriprapa, P. Effects of Mn-dopant on phase, microstructure and electrical properties in Bi3.25La0.75Ti3O12 ceramics / P. Siriprapa, A. Watcharapasorn, S. Jiansirisomboon // Ceramics International. – 2013. – Vol. 39. – P. S355–S358. DOI: 10.1016/j.ceramint.2012.10.093

11. Kumar, S. Structural and dielectric properties of Bi4Ti2Nb0.5Fe0.5O12 ceramics / S. Kumar, K. B. R. Varma // Solid State Communication. – 2008. – Vol. 146. – P. 137–142. DOI: 10.1016/j.ssc.2008.02.004

12. Синтез и свойства хромсодержащих твердых растворов титаната висмута со структурой типа слоистого перовскита / М. С. Королева [и др.] // Изв. Коми науч. центра УрО РАН. – 2012. – Вып. 1(9). – С. 24–28.

13. Диэлектрические свойства железосодержащих твердых растворов титаната висмута со структурой слоистого перовскита / М. С. Шашков [и др.] // Физика тв. тела. – 2015. – Т. 57, вып. 3. – С. 506–509.

14. Структура и физико-химические свойства твердых растворов Y2Ba1–xMxCuO5 (M – Sr, Ca) / А. И. Клындюк [и др.] // Неорган. материалы. – 1999. – Т. 35, № 5. – С. 616–620.

15. Клындюк, А. И. Влияние замещения висмута неодимом и железа марганцем на диэлектрические свойства перовскитного феррита висмута / А. И. Клындюк, Е. А. Чижова // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. хім. навук. – 2015. – № 1. – С. 7–11.

16. Клындюк, А. И. Структура, тепловое расширение и электрические свойства твердых растворов системы BiFeO3–NdMnO3 / А. И. Клындюк, Е. А. Чижова // Неорган. материалы. – 2015. – Т. 51, № 3. – С. 322–327.

17. Shannon, R. D. Revised values of effective ionic radii / R. D. Shannon, C. T. Prewitt // Acta Crystallographica Section B Structural Crystallography and Crystal Chemistry. – 1970. – Vol. 26, N. 7, P. 1046–1048. DOI: 10.1107/s0567740870003576

18. Hydrothermal synthesis and characterization of Bi4Ti3O12 powders / Z. Chen [et al.] // J. Сeram. Soc. Jap. – 2009. – Vol. 117, № 3. – P. 264–267. DOI: 10.2109/jcersj2.117.264

19. Effect of processing route on the phase formation and properties of Bi4Ti3O12 ceramics / B. D. Stojanovic [et al.] // Ceram. Int. – 2006. – Vol. 32. – P. 707–712. DOI: 10.1016/j.ceramint.2005.05.007

20. Kim, S. K. Electrical anisotropy and a plausible explanation for dielectric anomaly of Bi4Ti3O12 single crystal / S. K. Kim, M. Miyayama, H. Yanagida // Mat. Res. Bull. – 1996. – Vol. 31, № 1. – P. 121–131. DOI: 10.1016/0025-5408(95)00161-1

21. Dielectric and mechanoelastic relexations due to point defects in layered bismuth titanate ceramics / B. Jimenez [et al.] // J. of Phys.: Cond. Matter. – 2001. – Vol. 13. – P. 7315–7326. DOI: 10.1088/0953-8984/13/33/312