Efeito da adição de níquel nas propriedades elétricas de nanopós de niobato de potássio e estrôncio de estrutura tungstênio bronze

Abstract

Este projeto envolve a preparação e a caracterização estrutural e elétrica de nanopós de óxidos ferroelétricos semicondutores de niobato de potássio e estrôncio e de suas soluções sólidas dopadas com cátions níquel. A partir da estrutura hospedeira tungstênio bronze (TB) do KSr 2 Nb5O15 foram estudadas as soluções sólidas contendo átomos de níquel: KSr 2 (Ni x Nb5-x)O 15- , onde 0,25  x  1 preparadas por síntese química, utilizando o método Poliol Modificado. A decomposição térmica dos pós precursores de KSr 2 Nb5O15 e de suas soluções sólidas foi analisada por análise térmica gravimétrica (ATG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC). A caracterização estrutural do KSr 2 Nb5O15 e de suas soluções sólidas dopadas com níquel foi realizada por espectroscopia de absorção na região do infravermelho (I.V.), para análise das ligações químicas, e por difração de raios X. Os parâmetros estruturais foram determinados a partir do refinamento dos difratogramas pelo Método de Rietveld, usando o programa Fullprof. O melhor refinamento foi obtido com os sítios pentagonais (4c(x, x+1/2, z)) ocupados com iguais quantidades de K + e Sr 2+ , os tetragonais (2a (0,0,z)) por Sr 2+ e os sítios octaedrais por cátions Nb 5+ e Ni 2+ . De acordo com os dados do refinamento estrutural, as soluções sólidas apresentaram grupo espacial P4bm. Este grupo é não-centrossimétrico, o qual leva o desenvolvimento de um grau intrínseco de ferroeletricidade. A partir dos parâmetros cristalográficos foi simulada a estrutura cristalina e determinada a polarização espontânea dos sistemas investigados com base no deslocamento atômico (∆z) do átomo de Nb (nióbio), no plano z, da posição central do octaedro [NbO 6 ]. Com o aumento da concentração de cátions Ni 2+ na estrutura hospedeira houve um aumento do caráter iônico, resultante da diminuição da ligação

In this work were investigated the synthesis and the structural and electrical characterization of nanopowders of ferroelectrics semiconductors ceramics of niobate of potassium and strontium and their Ni-doped solid solution. From the host structure with tetragonal tungsten bronze TB-type structure of KSr 2 Nb5O15 , their Ni-doped solid solution KSr 2 (Ni x Nb5-x)O 15- , where 0,25  x  1, prepared by a chemical synthesis route, employed by Modified Poliol method will be investigated. The thermal decomposition of precursor powders of KSr 2 Nb5O15 and their solid solutions was performed by Thermogravimetric (TGA) and Differential scanning calorimetry (DSC) analysis. The structural characterization of the host structure and their Ni-doped solid solutions was carried out by infrared spectroscopy (IR), for the chemical bonds analysis, and X-ray diffraction. Structures were refined according to the Rietveld method using the Fullprof program. The best theoretical adjustment was obtained assuming that each pentagonal site (4c (x, x+1/2, z)) was statistically occupied by equal quantities of K + and Sr 2+ ions, the tetragonal site (2a (0,0,z)) occupied by a Sr 2+ ion and the octahedron site occupied by Nb 5+ e Ni 2+ ions. According to refinement results, the host structure and Ni-Doped solid solution present the space group P4bm. This is a noncentrosymmetric polar group, which leads to the development of an intrinsic degree of ferroelectricity. From the crystallographic parameters was simulated the crystalline structure and determined the spontaneous polarization for KSr 2 Nb5O15 , KSr 2 (Ni 0.25 Nb4.75)O 15- , KSr 2 (Ni 0.5 Nb4.5)O 15- , KSr 2 (Ni 0.75 Nb4.25)O 15- and KSr 2 (NiNb 4)O 15- systems based on the atomic displacement (∆z) of Nb (niobium) atom, in the z plane, from the central position of the [NbO6] octahedron. With concentration increasing of Ni 2+ ions in the host structure there was an increase in the ionic ...