Loading...
Please wait, while we are loading the content...
Similar Documents
Lead free ferroic multilayer composite films based on (Bi0.5Na0.5)TiO3-BaTiO3 AND BiFeO3
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Rivero, Armando Janier Perez |
| Copyright Year | 2015 |
| Abstract | Tradicionalmente, una de las maneras de conseguir mejorar las propiedades de un material, es la combinacion con otros en composites. En la presente tesis se explora la fabricacion de composites multicapa (MLC, del ingles multilayer composite) en forma de lamina delgada, combinando capas de (Bi0.5Na0.5)1-xBaxTiO3 (BNBT) y BiFeO3 (BF). Una de las hipotesis de partida es mantener un valor mayor de la polarizacion en las capas de BNBT a traves de un campo electrico interno inducido por capas polarizadas de BF. Al retirar el campo electrico externo las capas de BF mantienen su polarizacion y el campo interno inducido en la capa de BF impide que la capa de BNBT se despolarice completamente, y por tanto mejore su remanencia. Ademas, las capas de BNBT pueden actuar como capas barrera de las corrientes de fuga de las capas de BF. Para comprobar estas hipotesis se han fabricado y estudiado composites multicapa en forma de lamina delgada con diferentes configuraciones hasta encontrar aquellas que solucionan de forma eficiente los problemas de perdida de remanencia de BNBT y de los altos valores de conductividad de BF. Con este objetivo, primero se han estudiado en detalle las propiedades de laminas de BNBT y de BF por separado. En el caso de las laminas de la solucion solida de BNBT se han estudiado diferentes composiciones proximas a la frontera de fase morfotropica MPB (del ingles, Morphotropic phase boundary) con el fin de identificar la composicion que poseia las mejores propiedades ferroelectricas. Se han estudiado los efectos que la adicion de excesos de Bi y Na en las disoluciones precursoras tiene en las propiedades de estas laminas. Ademas se ha investigado como evolucionan las propiedades de estas laminas con la temperatura, para proponer un diagrama de fases para las laminas delgadas de BNBT preparadas a partir de disoluciones con y sin excesos de Bi y Na. Se ha demostrado que la lamina mas proxima a la MPB, y por tanto con las mejores propiedades ferroelectricas, era la que poseia un contenido de BaTiO3 de x=0.055, similar a lo reportado para ceramicas. Esta lamina presenta una polarizacion de Ps=26.5 µC·cm-2 y Pr= 12.3 µC·cm-2. De la falta de remanencia (Pr/Ps =0.5) se concluye que es consecuencia del pequeno tamano de grano de esta laminas. En el caso de las laminas delgadas de BF se han preparado laminas con diferentes condiciones de fabricacion, variando la temperatura de cristalizacion. Ademas se han preparado laminas a partir de disoluciones precursoras con y sin excesos de Bi. Se ha estudiado la dependencia de la polarizacion con estos parametros. Ademas se ha realizado un analisis de las corrientes de fuga y la presencia de ruptura dielectrica en funcion de la temperatura de cristalizacion. En estas laminas de BF se ha observado los efectos que el dopaje con Ca2+ tienen en las propiedades ferroelectricas. Se determinaron laminas de BF puro con mejores propiedades ferroelectricas, altos valores de remanencia y pocas contribuciones no-ferroelectricas con polarizacion de saturacion es Ps=70.2 µC·cm-2 y la de remanencia, Pr= 66.0 µC·cm-2(Pr/Ps =0.9). Sin embargo, en estas laminas seguia existiendo el problema de ruptura dielectrica a bajas temperaturas. Los dopajes con Ca mejoran este problema de ruptura dielectrica y disminuyen las corrientes de fugas no-lineales por lo que son las mas adecuadas para su uso en composite multicapas. Como parte final de la tesis se han estudiado diferentes configuraciones de laminas MLC combinando capas de BNBT y BF. Se ha demostrado que para laminas MLC donde el BNBT no esta en el medio de dos capas de BF, las propiedades de las multicapas se corresponden con aquellas que se obtienen del efecto suma de las propiedades ferroelectricas de las capas constituyentes. Cuando el BNBT esta en el centro de la MLC, con dos capas de BF rodeandola, se estabiliza la polarizacion de BNBT lo que produce una mejora en la polarizacion remanente. La lamina MLC con los mejores valores (Ps = 43.6 µC·cm-2 y Pr = 32.4 µC·cm-2, Pr/Ps = 0.7) representa una mejora considerable con respecto a la laminas de BNBT. Usando un modelo de continuidad de corriente entre las diferentes capas de la MLC, se ha podido concluir que, cuando se combinan capas de polarizacion de saturacion muy diferentes, es dificil conmutar esta polarizacion en la capa con mayores valores (BF). Para solventar esto, se han estudiado laminas MLC usando capas de BF dopadas con Ca (BCF) en lugar de las de BF puro. Este dopado disminuye la polarizacion de saturacion de las capas de BCF, respecto a las capas sin dopar, y los aproximan a los valores del BNBT. Esto deberia permitir polarizar totalmente esta capas e inducir una mejora en la polarizacion remanente, haciendola mas estable en el tiempo. Esto se ha podido demostrar, obteniendo Ps=24.5 µC·cm-2 y Pr=17.9 µC·cm-2, (Pr/Ps = 0.7), lo que significa una remanencia similar a la obtenida cuando se usaban capas de BF puro, pero con una mayor retencion en el tiempo. Las mejoras en los valores de conductividad relacionados con las capas de BF cuando se fabrican las laminas MLC tambien se han demostrado en esta tesis. Ademas se ha obtenido un ferromagnetismo latente mejorado con respecto a las laminas de BF, cuando se preparan como laminas MLC y se cambian sus condiciones de espesor de las capas, tensiones y tamano de grano. Finalmente, las mejoras en las propiedades de los composite multicapa respecto a las laminas delgadas de sus componentes por separado, tales como valores mayores de polarizacion remanente, la disminucion de las corrientes de fuga pertenecientesy la mejora en las propiedades magneticas, hacen que estos materiales sean muy prometedores para su posible integracion en microdispositivos multifuncionales. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://repositorio.uam.es/bitstream/handle/10486/669282/perez_rivero_armando_janier.pdf?isAllowed=y&sequence=1 |
| Alternate Webpage(s) | http://digital.csic.es/bitstream/10261/125762/1/PHD.A.Perez-Rivero-V0.2.pdf |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
