Permitividad real y tangente de pérdida en función de la temperatura de las muestras 70BNKT-30NCF a diferentes frecuencias. En el caso de la fase de ferrita obtenida por el método de reacción en estado sólido con un paso de activación mecánica, se determinó que la temperatura óptima de calcinación era 1025.
Materiales multiferroicos y magnetoeléctricos
Se llama "ferro" cuando todos los dipolos apuntan en la misma dirección, mientras que "antiferro" significa una secuencia alterna de dos o más subredes en direcciones opuestas [1-4].
Aplicaciones
Los MFTJ combinan el efecto de electrorresistencia de túnel (TER), en el que la altura de la barrera del túnel depende del estado de polarización del ferroeléctrico, y el efecto de magnetorresistencia de túnel (TMR), en el que el transporte de electrones depende de la orientación de la magnetización de los electrodos superior e inferior [9-11]. Por lo tanto, la manipulación de la magnetización mediante un campo eléctrico es una propiedad muy buscada en el diseño de un elemento de memoria de acceso aleatorio magnetoeléctrico (MERAM).
Magnetismo
Antiferromagnetismo: En el caso de un acoplamiento antiferromagnético, los momentos magnéticos adyacentes tienen su orden antiparalelo a temperaturas inferiores a la temperatura de Néel, TN. Ferrimagnetismo: En el caso de la guía ferrimagnética, los momentos magnéticos adyacentes tienen un orden antiparalelo, pero a diferencia de los anteriores que tienen una interacción directa, estos tienen una superinteracción vía iones O.
Ferroelectricidad
Dentro de este tipo de materiales, es posible distinguir diferentes características especiales de los dispositivos ferroeléctricos, piroeléctricos y antiferroeléctricos. La inversión de polarización está asociada con el cambio de la dirección de polarización de los dominios mediante rotación y/o crecimiento de dominio.
Materiales multiferroicos
Multiferroicos de Tipo I
Se sabe que estas rotaciones son perjudiciales para la ferroelectricidad, ya que la mayoría de las perovskitas con rotaciones octaédricas cristalizan en grupos espaciales no polares. La ferroelectricidad es incorrecta porque la distorsión ferroeléctrica es un subproducto de las rotaciones octaédricas, que son el parámetro de orden principal.
Estructuras compuestas
Compuestos Magnetoeléctricos Tipo 3-0
Además, existe la desventaja de la pérdida de orientación de los cristales de la fase magnética en la matriz ferroeléctrica, lo que a menudo reduce el efecto magnetoeléctrico [36]. Una combinación de ambas ferritas a través de ferrita de níquel cobalto (Ni0.5Co0.5Fe2O4) permite lograr un equilibrio en las propiedades requeridas [53,54].
Métodos de Preparación
Activación mecanoquímica
De estos sitios disponibles, sólo 8 de los tetraédricos y 16 de los octaédricos están llenos de cationes metálicos. Este tipo de estructura tiene el orden magnético de tipo ferrimagnético debido a la interacción de superintercambio entre los iones magnéticos a través de los oxígenos.
Método de síntesis Sol-Gel
Este proceso se puede utilizar para reducir significativamente la temperatura de síntesis de polvos cerámicos, evitando la pérdida por evaporación de elementos alcalinos o bismuto [56].
Método de síntesis Pechini
Objetivo general
Objetivos específicos
Hipótesis de trabajo
En este capítulo se describen los diferentes métodos utilizados tanto para la síntesis de los polvos correspondientes a las fases piezoeléctrica y magnética, como para la obtención de los granos cerámicos y las técnicas utilizadas para la caracterización de los polvos y las piezas densas finales obtenidas. .
Síntesis de los polvos cerámicos
Síntesis de los sistemas mediante reacción en estado sólido con activación
Diagrama de flujo de la metodología experimental utilizada para la obtención de cerámicas BNKT mediante una reacción en estado sólido. Diagrama de flujo de la metodología experimental utilizada para la obtención de cerámicas compuestas NCF mediante una reacción en estado sólido.
Síntesis del sistema BNKT mediante el método Sol-Gel
Por otra parte, se disolvieron 10 mmol de butóxido de titanio y 20 mmol de acetilacetona en 10 ml de isopropanol. Por otra parte, se disolvieron 10 mmol de butóxido de titanio y 20 mmol de acetilacetona en 12 ml de 2-metoxietanol.
Síntesis del sistema NCF mediante el método Pechini
Conformado de los polvos y sinterizado de las piezas
Métodos de caracterización
- Medidas de densidad (método de Arquímedes)
- Difracción de rayos X (DRX)
- Análisis termogravimétrico (ATG)
- Caracterización microestructural
- Técnicas de caracterización eléctrica
- Técnica de caracterización magnética
- Técnica de caracterización Magnetoeléctrica
La espectroscopia de energía dispersiva (EDS) consiste en analizar la energía de los fotones de los rayos X. Algunos de los electrones son reflejados o absorbidos por el objeto, mientras que otros lo atraviesan y forman una imagen ampliada de la muestra. Los componentes reales e imaginarios de la permeabilidad se obtuvieron de las ecuaciones 2.5 y 2.6 e información adicional sobre la geometría de las muestras.
Introducción
Caracterización estructural y microestructural
En el pico de ~46,5°, se visualiza un crecimiento en la división del pico, lo que indica el aumento de la fase tetragonal. La figura muestra la presencia de fases secundarias aciculares ya presentes en el momento de la calcinación. En las muestras BKT las bandas se detectan a aprox. y también 644 cm-1, lo que permite confirmar la presencia de la fase tetragonal.
Caracterización eléctrica y ferroeléctrica
En el caso de la composición BNKT, la coexistencia de las simetrías romboédrica y tetragonal de la estructura de perovskita es responsable de la existencia del borde de fase morfotrópica. Ciclos de histéresis ferroeléctrica de cerámicas compuestas BNKT sinterizadas durante 2, 5 y 8 horas en función de la temperatura, medida a 50 Hz. Además, la constante piezoeléctrica se reduce en muestras sinterizadas durante 8 horas debido a la influencia de las fases secundarias que componen la fase principal.
Conclusiones parciales
Además, aunque se forma una pequeña cantidad de fase secundaria, se observó que ésta no cambia la estequiometría de la fase principal. Las propiedades dieléctricas y piezoeléctricas se vieron afectadas por los cambios de la estructura y microestructura con el tiempo de sinterización. Además, la composición de la fase principal no cambió sustancialmente por la formación de la fase secundaria, y el borde de la fase morfotrópica se estabilizó completamente después de sinterizar durante 5 horas.
Introducción
Caracterización de los reactivos
En el caso del acetato de potasio (Figura 4.3), la cantidad de agua estructural no está indicada en el reactivo. Cuando se calienta a 150 °C hay una pérdida del 9% de la masa total y se cree que esta agua se debe a la hidratación del reactivo. Si se supone que la masa residual por encima de 150 °C se debe únicamente al acetato de potasio (nuevo 100%), esto es notable.
Síntesis Sol-Gel y evaluación de los cerámicos obtenidos
- Caracterización estructural y microestructural de las muestras obtenidas por
- Caracterización eléctrica y ferroeléctrica
- Caracterización estructural y microestructural de las muestras obtenidas por
- Caracterización eléctrica
Espectros Raman de muestras BNKT sinterizadas a diferentes temperaturas donde se marcan las bandas correspondientes a la fase secundaria. La Figura 4.11 muestra las curvas de permitividad dieléctrica en función de la temperatura de muestras de composición BNKT. La figura 4.18 muestra las curvas dieléctricas en función de la temperatura y la frecuencia.
Conclusiones Parciales
Introducción
Síntesis y caracterización estructural y microestructural de los materiales
La Figura 5.5 muestra los espectros Raman de muestras en las que se realizó deconvolución con funciones de Lorentz para determinar la posición de las bandas. La Figura 5.7 muestra las curvas de constante dieléctrica y tangente de pérdida en función de la temperatura a diferentes frecuencias de muestras de ferrita sinterizadas entre 1100 y 1250 °C. La Figura 5.8 muestra las curvas de pérdidas eléctricas en función de la temperatura para muestras sinterizadas NCF.
Conclusiones parciales
Introducción
Caracterización estructural y microestructural
Para el nitrato de níquel, Figura 6.2, tampoco se observó la presencia de agua de hidratación más allá de las seis moléculas de agua estructurales. La Figura 6.7 muestra los espectros Raman de las muestras, en las que se realizó una deconvolución con funciones Lorentzianas para determinar la posición de las bandas. Dentro de las bandas, el modo de baja frecuencia ubicado en ~480 cm-1 se asigna a vibraciones de la subred octaédrica, mientras que el modo de ~700 cm-1 se atribuye a vibraciones de la subred tetraédrica.
Caracterización eléctrica y magnética
Al igual que sucedió en las muestras obtenidas por reacción en estado sólido, se observa un aumento al aumentar la temperatura de sinterización a partir de 1200 °C; lo que coincide con un aumento en el tamaño de grano y una disminución en el número de aristas y densidad del grano. Finalmente, la Figura 6.10 muestra las curvas de histéresis ferromagnética a temperatura ambiente de las muestras sinterizadas. Además, también se evidencia un aumento de la magnetización (66,7 emue/gr) alcanzando la temperatura de sinterización un máximo en las muestras sinterizadas a 1250 °C.
Conclusiones parciales
Introducción
Obtención de los compuestos y caracterización estructural y microestructural 87
Además, la estructura de la perovskita evoluciona desde el límite de la fase morfotrópica (coexistencia de estructura tetragonal y romboédrica) hacia una estructura tetragonal completa a medida que aumenta el contenido de NCF. La Figura 7.6 muestra las curvas de permitividad real y pérdidas eléctricas de las muestras en función de la temperatura de los compuestos sinterizados. En las curvas de histéresis magnética, figura 7.8, se compara el comportamiento de la fase ferrita con cada una de las mezclas preparadas.
Conclusiones parciales
La Figura 7.9 muestra el coeficiente magnetoeléctrico en función del campo magnético de CC con un campo magnético de CA de 2Oe y 1kHz aplicado a los distintos compuestos sinterizados. La figura muestra un aumento en el coeficiente magnetoeléctrico a medida que aumenta el contenido de NCF, con un máximo en el compuesto 70BNKT-30NCF y una disminución significativa en la muestra 60BNKT-40NCF. Al analizar el comportamiento en campos elevados se detecta un cambio de signo en la respuesta magnetoeléctrica que se vincula con la respuesta magnetoestrictiva de las ferritas que tienen cobalto y níquel en su composición.
Introducción
Caracterización estructural y microestructural
La Figura 8.1 muestra los gráficos XRD asociados con las muestras compuestas 70BNKT-30NCF sinterizadas entre 950 y 1025 °C. La Figura 8.2 muestra los diagramas XRD pertenecientes a las muestras de diferentes composiciones sinterizadas a 975°C. La Figura 8.3 muestra las imágenes SEM de las muestras sinterizadas a 975°C durante 2 horas.
Caracterización eléctrica
La Figura 8.7 muestra la permitividad real y las pérdidas eléctricas de las muestras en función de la temperatura a 1 MHz de los compuestos sinterizados. Este efecto puede estar asociado al hecho de que la temperatura máxima característica de la fase piezoeléctrica está enmascarada por el aumento de la conductividad a altas temperaturas típico de la fase de ferrita. De acuerdo con esta observación, las pérdidas dieléctricas aumentan significativamente después de exceder la temperatura máxima.
Caracterización magnética
La permitividad real presenta un máximo a 309 °C para la composición 95BNKT-5NCF que aumenta a medida que aumenta el contenido de la fase ferrita hasta desaparecer por completo cuando supera el 30%. Por otro lado, a diferencia de lo que se observa en los compuestos obtenidos por reacción en estado sólido, se identifica que el campo coercitivo es mayor a medida que aumenta la proporción de fase piezoeléctrica en el compuesto. Este efecto puede estar relacionado con posibles cambios en la composición y en el tamaño de grano de la fase magnética.
Conclusiones parciales
Introducción
Caracterización estructural y microestructural
La Figura 9.1 muestra los diagramas XRD pertenecientes a muestras de composición 70BNKT-30NCF sinterizadas entre 1050 y 1125 °C. La Figura 9.3 presenta diagramas XRD pertenecientes a muestras con diferentes composiciones sinterizadas a 1075 °C. En la Tabla 9.2, la primera columna enumera las densidades de las muestras sinterizadas a 1075 °C.
Caracterización eléctrica
En la figura se observa claramente una aparición gradual de la banda específica en la fase BNKT pura en las bandas de ferrita, mientras que el porcentaje de ferrita disminuye. Las bandas características de cada una de las fases cerámicas del material compuesto se superponen en el espectro de la composición cerámica como se señaló en capítulos anteriores.
Caracterización magnética
La Figura 9.9 muestra el coeficiente magnetoeléctrico con un máximo en el composite 70BNKT-30NCF, el mismo observado en las muestras obtenidas por reacción en estado sólido. Además, se puede confirmar que el coeficiente piezoeléctrico d33 no tiene una variación directa con la constante, sino que la posible interacción directa entre la ferrita y la fase piezoeléctrica es de mayor importancia para esta propiedad.
Conclusiones parciales
En este sentido, se ha comprobado que el aumento de la temperatura de sinterización provoca un aumento del tamaño de grano y una mejora de las propiedades magnéticas, obteniéndose las mejores propiedades magnéticas en las muestras sinterizadas a 1200 °C. Se determinó que el aumento de la temperatura de sinterización provocó un aumento en el tamaño de grano y una mejora en las propiedades magnéticas. Finalmente, las propiedades magnéticas de los granos obtenidos por Pechini fueron inferiores a las obtenidas en las muestras procesadas por reacción en estado sólido.
SÍNTESIS MEDIANTE REACCIÓN EN ESTADO SOLIDO DE LA FASE
I.1 Introducción
I.2 Caracterización estructural y microestructural
De manera similar, el refinamiento de los picos y su aumento de intensidad es un aparente aumento en el tamaño de los granos del material. Esta variación se atribuye a la pérdida de potasio y bismuto a altas temperaturas, debido a la cantidad de superficie de los granos debido a la baja sinterización de las muestras. Densidad y grado de compactación de cerámicas BKT sinterizadas a diferentes temperaturas (Densidad teórica 5,9420 gr/cm³ [87]).
I.3 Caracterización eléctrica
Diseño y Montaje de Instrumento para la Caracterización Magnetoeléctrica de
II.1 Introducción
II.2 Configuración
La bobina de Helmholtz permite una mayor área de homogeneidad del campo magnético alterno para mejorar la sensibilidad de medición en la muestra estudiada. El número de vueltas de la bobina de Helmholtz se determinó mediante la ecuación AII-4 para proporcionar un valor de campo magnético alterno de B de 25 Gauss con una corriente de 1 A, lo que da aproximadamente 34 vueltas por bobina. Un generador de campo magnético alterno consta de los siguientes conjuntos funcionales: un generador de señal o bloqueo, un amplificador de potencia y bobinas de Helmholtz.
II.3 Coeficiente Magnetoeléctrico
