CARACTERIZACION DE MATERIALES POR ESPECTROSCOPIA DE IMPEDANCIAS

Raúl Valenzuela .................................................................................................. 81

RESUMEN

La Espectroscopia de Impedancias permite la resolución (separación) de las diferentes contribuciones a la impedancia total de un material. Esta resolución está basada en el hecho de que la constante de tiempo para cada proceso es diferente. En algunos casos, sin embargo, parece que no existe una sola constante de tiempo para un proceso determinado, sino que debido a cuestiones estructurales, se presenta una distribución de constantes de tiempo.En este trabajo, se presentan diagramas de Cole-Cole de ferritas de Ni-Zn policristalinas, en las que, mediante diversas condiciones de sinterización, se han obtenido diferentes tamaños de grano, y diferentes distribuciones en dicho tamaño. Se observa que los semicírculos asociados con los granos (“bulk”) y con las fronteras de grano se pueden resolver sólo en los casos en que la distribución de tamaños es estrecha. Se presenta así mismo, una revisión de la extensión de la Espectroscopia de Impedancias a los materiales ferromagnéticos. En este caso, se obtiene la resolución de los procesos de magnetización asociados con las paredes ferromagnéticas, así como el asociado con la precesión de espines (resonancia ferromagnética).

ABSTRACT

Impedance Spectroscopy allows the resolution (separation) of the different contributions to the total impedance of a material. Such a resolution is based on the differences in the time-constant for each polarization process. In some cases, however, it appears that, due to microstructural reasons, there is not a single time-constant, but a distribution of time-constants. In this paper, we present Cole-Cole plots of polycrystalline Ni-Zn ferrites with different grain sizes and different grain size distributions, obtained by means of diverse sintering conditions. The direct resolution of semicircles associated with grains from those associated with grain boundaries is only possible for tight grain size distributions. We present also a review on the extension of impedance spectroscopy to the case of ferromagnetic materials. It is shown that the magnetization processes associated with  domain walls and with spin resonance can be resolved.

PHYSICAL PROPERTIES OF SOME FERROIC Me₃B₇O₁₃X BORACITES

A.G. Castellanos-Guzmán*, E. Muñoz Sandoval y R. Escudero ..........................................................85

ABSTRACT

In this work a short overview is presented on various physical properties of ferroic boracites. Precise measurements of low and high applied field magnetization of single crystals of ferroic Mn₃B₇O₁₃Br boracite by SQUID magnetometer are reported. We found that  at low temperatures (Tc < 15 K) the magnetic susceptibility is strongly dependent on the mode we cool the crystals. According to the Curie law the susceptibility of this compound is strongly antiferromagnetic, however, at about 15 K Mn₃B₇O₁₃Br boracite shows an increase in the dc-susceptibility which seems to be a ferromagnetic-like transition.

RESUMEN

Se describen brevemente varias propiedades físicas de las boracitas ferroicas y se reportan mediciones precisas de la magnetización a campos bajo y alto de monocristales de la boracita Mn₃B₇O₁₃Br  por medio de SQUID. Encontramos que a bajas temperaturas (T_c < 15 K) la susceptibilidad magnética de estos cristales depende fuertemente del modo en que se enfrían. De acuerdo a la ley de Curie, este compuesto es fuertemente antiferromagnético, sin embargo a 15 K Mn₃B₇O₁₃Br muestra un incremento en la susceptibilidad que semeja una transición ferromagnética débil.

DESARROLLO ESTRUCTURAL Y MICROESTRUCTURAL DE CERAMICOS DE BaTiO₃ DOPADO CON LA₂O₃ Y NB₂O₅

E. Brzozowski, M. Ramajo y M.S. Castro ......................................................... 90

RESUMEN

El objetivo de este trabajo es analizar la influencia de la adición de La2O3 y Nb2O5 sobre el desarrollo microestructural y estructural de cerámicos de BaTiO3. La variación de los parámetros de red de la celda de BaTiO3 determinada por Difracción de Rayos X (DRX) indica una tendencia hacia la estabilización de una estructura pseudocúbica para niveles crecientes de dopado. Al mismo tiempo, se observa una notable inhibición en el crecimiento de granos cuando se incrementa la concentración de dopante. Estas tendencias son más importantes cuando se incorporan La2O3 y Nb2O5 simultáneamente.

ABSTRACT

The purpose of this work is to analyze the influence of the La2O3 and Nb2O5 addition on the microstructural and structural development of BaTiO3 ceramics. The variation of the BaTiO3 lattice parameters determined by X-Ray Diffraction (XRD) showed the tendency to a pseudocubic structure stabilization with doping. Also, it was observed an inhibition of the grain growth with the doping. These characteristics were more evident when La₂O₃ and Nb₂O₅ were simultaneously added.

¿TRANSICION DE FASE DEL FERROELECTRICO PbTiO₃ A BAJA TEMPERATURA?  UN ESTUDIO EPR

D. Ramírez-Rosales  y R. Zamorano-Ulloa y O. Pérez-Martínez ......................................................... 96

RESUMEN

Efectuamos experimentos de Resonancia Paramagnética Electrónica (EPR) sobre iones paramagnéticos (Fe³⁺, Mn²⁺ y Mn⁴⁺) que son impurezas en el cerámico ferroeléctrico PbTiO₃. Las diferentes absorciones EPR de Fe³⁺, Mn²⁺ y Mn⁴⁺ dan una clara evidencia de una transición de fase local en la región de 130 K. Previas anomalías estructurales han sido reportadas en la región de 180 K. Varios autores apuntan que hay algunas dificultades para reproducir dichos resultados, pero aún así reportan una transición de fase inconmensurable. En un estudio previo sobre el efecto de los iones como impurezas en PbTiO₃: Mn⁴⁺ identificamos la posición por sustitución que cada uno de estos ocupan en la red. La variación de parámetros EPR g e interacción hiperfina con la temperatura, indican que todos estos sitios de la red están experimentando cambios con la temperatura. Cambios precursores de la transición de fase local, empiezan a ser observados al menos desde 180 K pero son dramáticos a T» 130 K. Los experimentos son altamente dependientes de la rapidez con la que la temperatura cambia, encontrando que la razón de cambio debe ser de 1.0 ⁰C/min o menor. Todos los cambios observados son irreversibles.

ABSTRACT

We carry out Electron Paramagnetic Resonance (EPR) experiments on paramagnetic ions (Fe³⁺, Mn²⁺ y Mn⁴⁺) that are impurities of the PbTiO₃ ferroelectric. The different EPR absorption of these ions give a clear evidence of a local phase transition in the 130 K region. Structural anomalies in the 180K region have been reported. Several authors have pointed out difficulties to reproduce such temperature changes and yet, they report an incommensurable phase transition. In a previous EPR work on the effect of Fe³⁺, Mn⁴⁺ and Mn²⁺ as impurities in PbTiO₃: Mn⁴⁺ we identified the locations that each one if these ions occupy into the lattice. The g-factor the hyperfine interaction parameter and crystal field splitting parameter give us that information. The temperature variation of these parameters in this work are indicating that these experience change with temperature. “Precursor changes” (lattice sites) to the local phase transition are observed at temperatures as high as 180K. But dramatic changes occur at
T @ 130K. The results of these experiments are highly dependnt on the rate of change temperature. We found for this transition to be observed that the rate of should be 1.0 ⁰C/min or slower. All the observed EPR changes are irreversible.

PROPIEDADES DIELECTRICAS DE MATERIALES FERROELECTRICOS EN EL INTERVALO DE FRECUENCIAS DE 100Hz – 2GHz

J. de los Santos^* y J. A. Eiras ................................................................................................................... 101

RESUMEN

Alta estabilidad de los parámetros dieléctricos con la frecuencia y bajas perdidas dieléctricas, son características deseadas para el uso de materiales ferroeléctricos en dispositivos de microondas en la región de altas frecuencias (sistemas inalámbricos de comunicación). Además, particularidades en las propiedades físicas de estos materiales, como por ejemplo, una relajación dieléctrica en torno de la temperatura de transición ferroeléctrica-paraeléctrica para frecuencias de microondas, los hacen muy interesantes para ser investigados en ese intervalo de frecuencias. Estudios recientes, en la región de microondas, han sido llevados a cabo para un intervalo amplio de temperaturas, usando el método de reflectometría. En este sentido, la permitividad dieléctrica es obtenida a partir de los coeficientes de reflexión real e imaginaria (G’, G’’) medidos en función de la frecuencia. Sin embargo, debido al hecho de que los ferroeléctricos presentan alta permitividad existe una gran dificultad para medir el coeficiente de reflexión en esos materiales, ocasionando una pérdida de precisión en las medidas. Además, resonancias propias del sistema pueden ocurrir dependiendo de la presión que se aplica al colocar la muestra. En este trabajo se presenta un nuevo dispositivo que está siendo implementado, con el objetivo de eliminar estos efectos. La caracterización dieléctrica es llevada a cabo mediante un analizador de red. Son presentados resultados para cerámicas de BaTiO₃ en un intervalo de frecuencia de 100Hz-2.0GHz. La relajación, que se observa alrededor de 800 MHz, fue estudiada en temperaturas entre 300K–450K.

ABSTRACT

High stability of dielectric parameters, such as real and imaginary component of dielectric permittivity
(e’, e’’) and low dielectric losses (tan d) in a wide range of frequency, have led to a rising interest the use of ferroelectric materials in the high frequency region for microwave devices (e.g. wireless communication systems). Physical properties particularities, especially a dielectric relaxation around the ferroelectric-paraelectric transition temperature, for the microwave frequencies, make them very interesting to be investigated in that frequency region. Recently, microwave dielectric studies have been performed in a wide temperature range mainly by using the reflectometric method. In this method the reflection coefficients (G’, G’’: real and imaginary component, respectively) versus frequency are measured, and the complex dielectric permittivity (e = e’ - je’’) was obtained after further calculations. However, for high dielectric permittivities, as in ferroelectric materials, the real and imaginary parts of the reflection coefficient become difficult to measure with increasing frequency and the dielectric response is governed mainly by resonance effects of the system, which lead to camouflage the real dielectric behavior of the sample under test. This work presents an alternative technique for the dielectric dispersion measurement of high permittivity materials (specially ferroelectrics) that is being implemented to reduces theses additional effects. Dielectric characterization was made by using a Network Analyzer HP-8719C. The obtained results, for BaTiO₃ ceramics, are presented in a frequency and temperature ranges of 100Hz–2.0GHz and 300K–450K, respectively. Dielectric relaxation was observed for a frequency around 800 MHz. 

INFLUENCIA DEL DOPAJE SIMULTANEO CON La Y Nb EN LA SINTERIZACION DE CERAMICAS PIEZOELECTRICAS PZT 54/46

Amaury Suárez, María D. Durruthy Dania Mayor, Alina Aulet y Carlos Bello .......................................... 106

RESUMEN

En el presente trabajo se estudia la sinterización y el comportamiento del tamaño de grano con el tiempo de sinterizado en materiales cerámicos del sistema PZT(54/46) dopados simultáneamente con Lantano y Niobio. Los materiales de partida fueron pesados estequiométricamente para obtener la composición  donde V^Z designa las vacancias creadas a

TEXTURIZACION DE CERAMICAS FERROELECTRICAS DE Sr_XBa_1-XNb₂O₆ MEDIANTE LA TECNICA DE PRENSADO EN CALIENTE

Venet, M.; A. Vendramini, I.A. Santos, J.A. Eiras y D. García........................................................................ 114

RESUMEN

Son reportados los resultados de síntesis y procesamiento de cerámicas ferroeléctricas de niobato de estroncio y bario (Sr_xBa_1-xNb₂O₆), con x = 0.5 y x = 0.6, obtenido mediante sinterización convencional y asistida por presión. La caracterización microestructural mostró mayor densificación en cerámicas prensadas en caliente. Los resultados del análisis de difracción de rayos X y tanto las medidas dieléctricas como piroeléctricas revelaron que es posible obtener una  orientación preferencial de los planos cristalográficos {001}, debido a la disposición de los granos  en direcciones perpendiculares a la de prensado.

ABSTRACT

The synthesis and processing results of strontium barium niobate ferroelectric ceramics (Sr_xBa_1-xNb₂O₆) with x = 0.5 and x = 0.6 obtained by conventional sintering and pressure assisted sintering are reported. The microstructural characterization shows the highest density in hot pressed ceramics. The ray-X diffraction results and the dielectric and pyroelectric measurements reveal the possibility of to obtain a preferential orientation for the {001} crystallographic planes, due to the grain arrange in perpendicular directions to the hot pressed one.

CARACTERIZACION DE LOS PENTACIANONITROCIL-FERRATOS DE Mn, Cu Y Fe CON EI, EPR Y MAMMAS

H. Montiel-Sánchez, G. Alvarez-Lucio, R. Zamorano-Ulloa, E. Reguera y R. Valenzuela ...................... 119

RESUMEN

Los pentacianonitrosilferratos (M[Fe(CN)₅ NO]·2H₂O (M = Fe, Cu, Mn)) son compuestos con dipolos permanentes generados por la presencia del enlace NO-Fe. El estudio de estos compuestos es motivado por el acoplamiento a frecuencias de microondas, el cual genera una descomposición química total del material. Se analiza con Espectroscopia de Impedancias (EI) los posibles procesos de polarización derivados de los dipolos permanentes, en el intervalo de frecuencias 5 Hz -13 MHz en función de la temperatura (300-750 K). Además, se efectúa la caracterización de estos materiales con las técnicas MAMMAS (Magnetically Modulated Microwave Absorption Spectroscopy) y EPR (Electron Paramagnetic Resonance), variando la temperatura en el intervalo de 300 K a 77 K.

ABSTRACT

The pentacyanonitrosylferrates (M[Fe(CN)₅ NO]·2H₂O (M = Fe, Cu, Mn)) are compounds with permanent dipoles generated by the presence of the bonding NO-Fe. The study of these compounds is motivated by the joining to frequencies of microwaves, which generates a total chemical decomposition of the material. It is analyzed with Impedances Spectroscopy (IE) the possible derived polarization processes of the permanent dipoles, in the interval of frequencies 5 Hz -13 MHz of the temperature (300-750 K). Also, the characterization of these materials is made with the technical MAMMAS (Magnetically Modulated Microwave Absorption Spectroscopy) and EPR (Electron Paramagnetic Resonance), varying the temperature in the interval from 300 K to 77 K.

SYNTHESIS AND PROPERTIES OF FERROELECTRIC STRONTIUM BARIUM NIOBATE (Sr_0.75Ba_0.25Nb₂O₆) THIN FILMS

Mendes, R.G. y J.A. Eiras  ......................................................................................................................... 124

ABSTRACT

Strontium barium niobate (SBN) belong to the class of ferroelectric materials that has an open tungsten bronze structure and presents high pyroelectric coefficient and excellent electro-optic properties. The integrated device technology point toward the use of thin films with excellent properties like SBN. In such way, this work, describe and characterize SBN thin films prepared by an alternative chemical method. The structural, dielectric and ferroelectric properties of the obtained thin films were investigated. The results pointed to high quality films with single polycrystalline SBN phase, dielectric constant around 600, low dielectric dissipation factor (tand < 0.05) and slim ferroelectric hysteresis loop behavior.

Key words: ferroelectric, thin film, strontium barium niobate.

RESUMEN

Materiales de niobato de estroncio y bario (SBN) pertenecen a la clase de ferroeléctricos, con estruc-tura tipo tungsteno bronce abierta, que presentan elevados coeficientes piroeléctricos y excelentes propiedades electro-ópticas. La tecnología de los dispositivos integrados induce al uso de capas delgadas basadas en SBN debido a las excelentes propiedades que manifiesta. De esta manera, este trabajo describe y caracteriza capas delgadas de SBN preparadas por un método químico alternativo. Fueron investigadas las propiedades estructurales, dieléctricas y ferroeléctricas de las capas delgadas obtenidas. Los resultados mostraron capas de alta calidad, presentando una fase única policristalina de SBN de constante dieléctrica alrededor de 600, bajo factor de disipación dieléctrico  (tand < 0.05)  y lazos de histéresis cerrados.

INFLUENCE OF COMPLEX DEFECTS ON THE DOMAIN SWITCHING DYNAMICS IN FERROELECTRIC CERAMICS

M. H. Lente, A. Picinin, J. P. Rino and J. A. Eiras .....................................................................................128

ABSTRACT

In this work, the influence of the complex defects on the domain switching dynamics in doped Pb(Zr0.53,Ti0.47)O3 bulk ceramics (PZT) was investigated. It was verified that the complex defects, present in the hard PZT, initially reduce the coercive field and increase the percentage of backswitching. Nevertheless, during the continuous polarization switching these defects tend to reorient perpendicularly to the spontaneous polarization of domains, thus, increasing the coercive field and reducing the backswitching. Additionally, the frequency dependence of the coercive field was strongly influenced by the configuration of complex defects into the ferroelectric matrix.

RESUMEN

En este trabajo fue investigada la influencia de defectos complejos sobre la dinámica de reorientación de dominios en cerámicas de Pb(Zr0.53,Ti0.47)O3 modificadas (PZT). Fue verificado que los defectos complejos, presentes en el sistema PZT duro, reduce el campo coercitivo y aumenta el porcentaje de retorno de la polarización. Por otro lado, durante una continua reorientación de la polarización, estos defectos tienden a reorientarse perpendicularmente a la dirección de la polarización espontánea, aumentando así el campo coercitivo y reduciendo el retorno de la polarización. Además, la dependencia del campo coercitivo con la frecuencia fue influenciada por la configuración de los defectos complejos dentro de la matriz ferroeléctrica.

CONDUCTIVIDAD Y TRANSICIONES DE FASE EN SISTEMAS FERROELECTRICOS

R. López Noda, A. Peláiz Barranco y F. Calderón Piñar ......................................................................... 132

RESUMEN

En los sistemas ferroeléctricos generalmente se determina la temperatura de transición partiendo del estudio de la permitividad dieléctrica con la temperatura. Sin embargo, mediante el estudio de la conductividad eléctrica y su dependencia potencial con la frecuencia se puede determinar el parámetro s, que está asociado a las interacciones que se manifiestan en el compuesto, y que debe por ello ofrecer información cuando estas cambien, sobre todo alrededor de una temperatura de transición. Este trabajo presenta el estudio realizado para varios sistemas ferroeléctricos con relación al comportamiento de la conductividad eléctrica con la temperatura para un amplio intervalo de frecuencias, especialmente alrededor de la temperatura de transición ferroeléctrica-paraeléctrica. Se presenta una evaluación teórica preliminar a partir de la aplicación del modelo de Debye.

ABSTRACT

In ferroelectric materials the transition temperature is usually determined by the study of the temperature dependence of the dielectric permittivity. However, by the study of the electric conductivity and its potential dependence with the frequency it is possible determine the parameter s, which is associated to the interactions manifested in the material. Therefor, it should offer information when these change, mainly around a transition temperature. This paper presents the results for some ferroelectric materials concerning the behavior of the electric conductivity with temperature for a wide frequency range, especially around the ferroelectric-paraelectric transition temperature. A preliminary theoretical evaluation is presented applying the Debye’s model.

DIFRACCION DE ONDAS ACUSTICAS TRANSVERSALES EN PIEZOCOMPUESTOS LAMINADOS

H. Calás, J. A. Otero, G. Monsiváis y R. Rodríguez-Ramos ............................................................. 137

RESUMEN

En el presente trabajo se estudia la difracción de ondas acústicas transversales en piezocompuestos laminados 2-2 para incidencia oblicua. Se emplea el formalismo de la matriz de transferencia para la obtención del coeficiente de reflexión del sistema. La celda elemental del piezocompuesto está formada por dos tipos de materiales: piezoeléctrico (PZT) y polímero Araldite. Se muestra el comportamiento del coeficiente de reflexión con respecto a la frecuencia, al ángulo de incidencia y a la fracción volumétrica de la fase piezoeléctrica.

ABSTRACT

In the present work the diffraction of the transverse acoustic waves in laminate piezocomposite 2-2 for the oblique incidence is studied. The method of the transference matrix for the calculations of the reflection coefficient of the system is applied.  The elemental cell of the piezocomposite is formed for two type of materials: piezoelectric (PZT) and the polymer Araldite. The behavior of the reflection coefficient with respect to the frequency, angle of incidence of the wave and the volume fraction of the piezoelectric phase is shown.

TRANSICIONES DE FASE EN SISTEMAS PLZT x/80/20

O. García Zaldívar, A. Peláiz Barranco y F. Calderón Piñar ............................................................................ 143

RESUMEN

Cerámicas ferroeléctricas del tipo PLZT x/80/20 (x = 6,8,10 at %) fueron preparadas por el método cerámico tradicional, obteniéndose fases perovskitas puras. Las propiedades dieléctricas fueron analizadas en un amplio intervalo de temperaturas para varias frecuencias, espcialmente alrededor de la temperatura de transición, teniendo en cuenta la incorporación del lantano a la estructura. Se obtuvo un comportamiento relajador con transición de fase difusa, abordado a partir del modelo de Smolenskii e Isupov.

ABSTRACT

PLZT x/80/20 (x = 6,8,10 at %) ferroelectric ceramics were prepared by conventional oxide mixture method. X-ray analysis showed pure perovskite phases. The dielectric properties were analyzed in a wide frequency and temperature ranges, specially around the transition temperature taking into account the incorporation of the lanthanum to the lattice. A relaxor behavior with diffuse phase transition is observed for all compositions. The Smolenskii and Isupov’s model is applied.

RAMAN INVESTIGATION ON PZN-PT CRYSTALS

A.P.Ayala, J.J.Lima, I.Guedes, P.T.C.Freire, F.E.A.Melo, J.Mendes, D.Garcia, M.H.Lente, y J.A.Eiras ....... 147

ABSTRACT

Single crystal of (1-x) PbZn_1/3Nb_2/3O₃ – x PbTiO₃ (PZN-PT) is a relaxor ferroelectric material that has received much attention in the last years due to its high electromechanical coupling coefficients, longitudinal piezoelectric coefficients and electric induced strain. At room temperature, this system has a rombohedral structure at low Ti concentration. By increasing Ti concentration, PZN-PT shows a structural phase transition to a tetragonal structure. As in PbTiO₃-PbZrO­₃ (PZT) solid solution, an almost vertical morphotropic phase boundary (MPB) was observed separating both structures.  In this work, the structural phase transitions in PZN-PT poled crystals (x = 4.5 and 12 %) were studied using polarized Raman scattering between 10 and 700 K. Results are analyzed based on the PZN-PT phase diagram.

RESUMEN

Los monocristales de (1-x) PbZn_1/3Nb_2/3O₃ – x PbTiO₃ (PZN-PT) son materiales relajadores ferro-eléctricos que han recibido mucha atención en los últimos años debido a su alto coeficiente de acoplamiento electromecánico, coeficiente piezoeléctrico longitudinal y deformación eléctricamente inducida.  A temperatura ambiente este sistema tiene una estructura romboédrica a bajas concentra-ciones de titanio.  Aumentado el contenido de Ti,  el PZN-PT presenta una transición de fase a una estructura tetragonal. Como en la solución sólida PbTiO₃-PbZrO­₃ (PZT)  un contorno de fases morfo-trópico (MPB) casi vertical separa las dos fases. En este trabajo, las transiciones de fase estructurales en cristales polarizados de PZN-PT (x = 4.5 y 12 %) fueron estudiadas usando espectroscopia Raman polarizada entre 10 y 700 K. Los resultados fueron analizados de acuerdo al diagrama de fases del PZN-PT.

DIFRACCION DE ONDAS HORIZONTALES TRANSVERSALES EN SUPERREDES PIEZOELECTRICAS DE FIBONACCI

J. A. Otero, H. Calás, R. Rodríguez-Ramos, G. Monsiváis y R. Pérez-Alvarez ................................................. 151

RESUMEN

Basado en el formalismo de la matriz de transferencia estudiamos la difracción de ondas horizontales transversales en superredes piezoeléctricas. El sistema está compuesto por un conjunto de láminas formando una estructura cuasiperiódica de acuerdo con la secuencia de Fibonacci. Las expresiones para los coeficientes de reflexión y transmisión son obtenidas. El espectro de difracción de cada estructura es mostrado.

ABSTRACT

Based on the formalism of the transfer matrix the diffraction of transverse horizontal waves in piezoelectric superlattices is studied. The system is composed for a set of layers forming a cuasiperiodic structure according to the Fibonacci sequence. The expressions for the reflection and transmission coefficients are obtained. The diffraction spectrum of each structure is shown.