Comportamento dielétrico e ferroéletrico de cerâmicas BA('TI IND1-X''ZR IND.X)'O IND.3' modificadas com íons vanádio e tungstênio obtidos a partir de mistura de óxidos

Abstract

O objetivo central deste trabalho foi obter cerâmicas de Ba(Ti1-xZrx)O3 puras e modificadas com íons vanádio (V5+) ou tungstênio (W6+) pelo método convencional de mistura de óxidos com elevada permissividade dielétrica. A fase pura foi obtida controlandose a temperatura de sinterização e quantidade de aditivos. Inicialmente, preparou-se e caracterizou-se as cerâmicas de Ba(Ti1-xZrx)O3, com x variando de 0,05 até 0,15. A composição com uma única transição de fase ferroelétrica-paraelétrica foi a escolhida para substituição com vanádio e tungstênio. Investigou-se a influência dos íons vanádio e tungstênio nas propriedades estruturais, morfológicas e elétricas das cerâmicas BZT10 sinterizadas, entre 1200oC e 1350oC com isoterma de 4 horas. A adição dos íons V5+ ou íons W6+ substituindo Ti4+ ou Zr4+, na rede da cerâmica BZT10, promoveu a densificação deslocando significativamente os valores da temperatura de sinterização do BZT10 puro de 1550oC para 1200oC. As propriedades elétricas foram avaliadas para as cerâmicas monofásicas de BZT10 modificada com íons V5+ ou W6+ e sinterizadas a 1350oC, 1200oC, respectivamente. Os valores otimizados para as cerâmica BZT10:2V e BZT10:2W indicam permissividades dielétricas da ordem (ε) 15160 e 6420 a 10 kHz, polarização de 8,50 e 3,10μC/cm2 com 4,194x1017 e 1,474x1017 (spins/g), respectivamente. Os resultados obtidos para a cerâmica BZT10:2V indicam potencial aplicação em memórias FeRaM, enquanto os resultados obtidos para cerâmica BZT10:2W apresentam comportamento relaxor e transição de fase difusa, com potencial aplicação em memórias DRAM.

The main objective of this work was to obtain pure Ba(Ti1-xZrx)O3 and modified with vanadium and tungsten with high permittivity by the mixture oxide method. Single phase was obtained by controlling the temperature and amount of additive. In a first step, Ba(Ti1-xZrx)O3 ceramics with x varying from 0,05 to 0,15 were prepared and characterized. The ceramics with only one phase transition ferroelectric-paraelectric was chosen for modification with vanadium and tungsten. The influence of vanadium and tungsten in the structural, morphological and electrical properties of BZT ceramics sintered from 1200oC to 1350oC for 4 hours was investigated. The addition of V5+ or W6+ exchanging Ti4+ or Zr4+ in the BZT10 lattice, promotes the densification, changing the sintering temperature of pure BZT from 1550oC to 1200oC. BZT:2V and BZT:2W ceramics have dielectric permittivity of (ε) 15160 and 6420 at 10 kHz, remnant polarization equal to 8.50 and 3.10μC/cm2 with spins quantity equal to 4.194x1017 and 1.474x1017 (spins/g), respectively. BZT:2V ceramics have potential applications for FeRAM memory while BZT10:2W ceramics present relaxor behavior with a diffuse phase transition, being potential application in DRAM memory.