رفتار دی الکتریک نسبت‌های مختلف مخلوط فریت لیتیم- تیتانات بیسموت تولید شده به روش سنتز احتراقی

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مرضیه محمدرضایی لرکی ¹ (گروه مهندسی مواد دانشکده مهندسی دانشگاه شهید چمران اهواز)
خلیل الله قیصری ² (گروه مهندسی مواد دانشکده مهندسی دانشگاه شهید چمران اهواز)

تاريخ الإرسال : 09 الأحد , جمادى الثانية, 1439 تاريخ التأكيد : 11 الثلاثاء , جمادى الثانية, 1439 تاريخ الإصدار : 04 الثلاثاء , جمادى الثانية, 1439

الکلمات المفتاحية: سنتز احتراقی, تیتانات بیسموت, فریت لیتیم, ثابت دی‌الکتریک, هدایت الکتریکی جریان متناوب,

ملخص المقالة :

در این پژوهش، فریت لیتیم و تیتانات بیسموت جهت تولید یک کامپوزیت مولتی­فروییک به روش سنتز احتراقی به کمک حرارت مایکروویو تولید شدند. کامپوزیت­های  در مقادیر وزنی مختلف از x (0، 1/0، 3/0، 5/0، 7/0، 9/ 0و 1 ) تهیه گردید. ارزیابی­­های فازی به کمک روش پراش پرتو ایکس((XRD نشان داد که فاز تیتانات بیسموت با ساختار کریستالی پرواسکایت و فریت لیتیم با ساختار کریستالی اسپینل در ذرات پودر تولیدی با موفقیت ایجاد شده است. ویژگی­های دی­الکتریک به کمک دستگاه القا، ظرفیت و مقاومت­سنج ارزیابی گردید. نمونه کامپوزیت غنی از فریت لیتیم (حاوی 70 درصد و 90 درصد وزنی فریت لیتیم) نسبت به فریت لیتیم خالص و تیتانات بیسموت در کلیه بسامدها، از ثابت دی­الکتریک بالاتری برخوردار است. ثابت دی­الکتریک در نمونۀ تیتانات بیسموت و کامپوزیت حاوی 10 درصد وزنی فریت لیتیم مستقل از بسامد میدان متناوب بوده اما در نمونه فریت لهتیم و سایر کامپوزیت­ها، این شاخصه روند کاهشی قابل   ملاحظه­ای را با بسامد دنبال نموده است؛ به نحوی که در فریت لیتیم ثابت دی­الکتریک از مقدار 8500 در بسامد­ Hz 100 ­به مقدار 180 در بسامد­ MHz 1کاهش یافته است. در منحنی­های ثابت دی­الکتریک برحسب دما، قله­هایی مشاهده ­­می­گردد که این قله­ها با افزایش جزء تیتانات بیسموت کم و بیش به سمت دماهای بالاتر سوق می­یابد. به عنوان نمونه در بسامد kHz 1، ثابت دی الکتریک بیشینه در نمونه فریت لیتیم در دمای ­Cº 25 با مقدار 2250 مشاهده شد؛ در صورتی­که ثابت دی الکتریک بیشینه در نمونه حاوی 70 درصد وزنی تیتانات بیسموت در دمای ­Cº 400 با مقدار 5990 مشاهده گردید. 

المصادر:

1- R. Grigalaitis, M. V. Petrović, J. D. Bobić, A. Dzunuzovic, R. Sobiestianskas,  A. Brilingas, ... & J. Banys, "Dielectric and magnetic properties of BaTiO₃–NiFe₂O₄ multiferroic composites", Ceramics International, 40(4), pp. 6165-6170, (2014).
 

2- P. Pahuja, R. Sharma, C. Prakash, & R. P. Tandon, "Synthesis and characterization

 

of­ Ni_0.8Co_0.2Fe₂O₄–Ba_0.95Sr_0.05TiO₃    multiferroic composites", Ceramics

International, 39(8), pp. 9435-9445, (2013). 

 

3- R. Pandey, B. R. Meena, & A. K. Singh, "Structural and dielectric characterization on multiferroic xNi_0.9Zn_0.1Fe₂O₄/(1−x) PbZr_0.52Ti_0.48O₃ particulate composite", Journal of Alloys and Compounds, 593, pp. 224-229, (2014).

4- M. Fiebig, "Revival of the magnetoelectric effect", Journal of Physics D: Applied Physics, 38(8), R123, (2005).

5- K. C. Verma, S. Singh, S. K. Tripathi, & R. K. Kotnala, "Multiferroic Ni_0.6Zn_0.4Fe₂O₄-BaTiO₃ nanostructures: Magnetoelectric  coupling, dielectric, and fluorescence. Journal of Applied Physics, 116(12), 124103, (2014).     

6- V. R. Palkar, D. C. Kundaliya, S. K. Malik, &  S. Bhattacharya, " Magnetoelectricity at room temperature in the Bi_{0.9− x}Tb_xLa_0.1FeO₃ system", Physical Review B, 69(21), 212102, (2004).  

7- A. Manikandan, J. J. Vijaya, L.J. Kennedy, &  M. Bououdina, " Structural, optical and magnetic properties of Zn_1−xCu_xFe₂O₄ nanoparticles prepared by microwave combustion method", Journal of Molecular Structure, 1035, pp. 332-340, (2013).
 

8- A. Testino, L. Mitoseriu, V. Buscaglia, M. T. Buscaglia, I. Pallecchi, A. S. Albuquerque, …& P. Nanni, " Preparation of multiferroic composites of BaTiO3–Ni0.5Zn0.5Fe2O4 ceramics",Journal of the European Ceramic Society, 26(14), pp. 3031-3036, (2006).        

9- M. V. Ramanaa, N. Ramamanohar,N. R. Reddy, G. Sreenivasulu, B. S. Murty, & V. R. K. Murthy, "Enhanced mangnetoelectric voltage in multiferroicparticulate Ni0.83Co0.15Cu0.02Fe1.9O4−δ/PbZr0.52Ti0.48O3 composites–dielectric, piezoelectric and magnetic properties", Current Applied Physics, 9(5), pp 1134-1139, (2009).  
 

10 D. K. Pradhan, R. N. P. Chowdhury, & T. K. Nath, "Magnetoelectric properties of­ PbZr_0.53Ti_0.47O₃–Ni_0.65Zn_0.35Fe₂O₄ multiferroic nanocomposites",  Applied Nanoscience, 2(3), pp. 261-273, (2012).
 

11- N. Borhan, & K. Gheisari, "Structural and Magnetic Properties of Nanocrystalline Lithium–Zinc Ferrite Synthesized by Microwave-Induced Glycine–Nitrate Process", Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 27, pp. 1483–1490, (2014).

12- O. Subohi, G. S. Kumar, M. M. Malik, & R.  Kurchania, " Synthesis of bismuth titanate with urea as fuel by solution combustion route and its dielectric and ferroelectric properties", Optik-International Journal for Light and Electron Optics, 125(2), pp. 820-823, (2014).

13- P. Y. Goh, K. A. Razak, & S. Sreekantan, " Structural and morphology studies of praseodymium-doped bismuth titanate prepared using a wet chemical route",  Journal of Alloys and Compounds, 475(1), pp. 758-761, (2009).  
 

14- M. Sedlar, & M. Sayer, " Structural and electrical properties of ferroelectric bismuth titanate thin films prepared by the sol gel method", Ceramics International, 22(3), pp. 241-247., (1996).           

15- S. H. Hong, S. Trolier‐McKinstry, & G. L. Messing, "Dielectric and Electromechanical Properties of Textured Niobium‐Doped Bismuth Titanate Ceramics", Journal of the American Ceramic Society, 83(1), pp. 113-118, (2000).
 

16- P. Thiruramanathan, A. Marikani, D. Madhavan, S. Bharadwaj, & A. M. Awasthi,  " Influence of calcination temperature on sol–gel synthesized single-phase bismuth titanate for high dielectric capacitor applications", International Journal of Materials Research, 107(5), pp. 484-492, (2016).   

17- I. Soibam, S. Phanjoubam, H. B. Sharma,  H. N. K. Sarma, & C. Prakash, " Magnetic studies of Li–Zn ferrites prepared by citrate precursor method", Physica B: Condensed Matter, 404(21), pp. 3839-3841, (2009).   
 

18-  S. Sutradhar, S. Pati, S.  Acharya, S. Das, D.  Das, & P. K.  Chakrabarti, "Sol–gel derived nanoparticles of Zn  substituted lithium ferrite (Li_0.32Zn_0.36Fe_2.32O₄):  magnetic and Mössbauer effect measurements and their theoretical analysis", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 324(7), pp. 1317-1325, (2012).  
   

19- Y. P. Fu, " Microwave-induced combustion synthesis of Li_0.5Fe_{2.5− x}Cr_xO₄ powder and their characterization", Materials Research Bulletin, 41(4), pp. 809-816, (2006).      
 

20 -S. Hajarpour, Kh. Gheisari, & A.Honarbakhsh Raouf, Characterization of nanocrystalline Mg_0.6Zn_0.4Fe₂O₄ soft ferrites synthesized by glycine-nitrate combustion process, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 329, pp 165–169, (2013).

21- N. Singh, A. Agarwal, & S. Sanghi, ''Dielectric relaxation, conductivity behavior and magnetic properties of Mg substituted Zn–Li ferrites'', Journal of Alloys and Compounds, 509, pp 7543–7548, (2011).         

22- T. Hussain, S. A. Siddiqi, S. Atiq, & M.S. Awan, '' Induced modify­cations in the properties of Sr doped BiFeO₃ multiferroics'', Materials  International, 23, pp 487-492, (2013).      

23- R. Sharma, P. Pahuja, & R.P. Tandon, ''Structural, dielectric, ferromagnetic, ferroelectric and ac conductivity studies of the BaTiO₃–CoFe_1.8Zn_0.2O₄ multiferroic particulate composites'', Ceramics International, 40(7-A), pp 9027-9036, (2014).
 

24- J.D. Livingston, ''Electronic properties of engineering materials'', Wiley, Inc., New York (1999).        

25- Z. Maleknejad, Kh. Gheisari, & A. Honarbakhsh Raouf, Structure, Microstructure, ''Magnetic, Electromagnetic, and Dielectric Properties of Nanostructured Mn–Zn Ferrite Synthesized by Microwave-Induced Urea–Nitrate Process'', Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 29, pp 2523-2534, (2016). 

26- R. Wongmaneerung, J. Padchasri, R. Tipakontitikul, H. Loan,  P. Jantaratana,… & S. Ananta, Phase formation, ''dielectric and magnetic properties of bismuth ferrite–lead magnesium niobate multiferroic composites'', Journal of Alloys and Compounds, 608, pp 1–7, (2014).