ESPECTROSCOPIA DE IMPEDÂNCIA APLICADA AO ESTUDO DE TRANSIÇÕES DE FASE EM NIOBATO FERROELÉTRICO: Na0,88Li0,12NbO3
Silvania Lanfredi1 (PQ), Marcos Augusto de Lima Nobre2 (PQ)
1 Instituto de Física de São Carlos, Universidade de São Paulo – USP
2 Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo – USP
palavras-chave: solução sólida, transições de fase, espectroscopia de impedância
Introdução
O sistema Na0,88Li0,12NbO3 é considerado como um promissor material ferroelétrico com aplicação a alta freqüência 1. Apesar de NaNbO3 apresentar ferroeletricidade somente abaixo de -110 oC, o Na1-xLixNbO3 é ferroelétrico à temperatura ambiente para concentração de x ³ 0,02. Estudos ópticos realizados em monocristais de Na1-xLixNbO3 mostraram a presença de cinco transições de fases entre -110 oC e 667 oC, sendo a transição ferroelétrica-paraelétrica observada ao redor de 367 oC 2. Apesar de estudos realizados sobre as transições de fases deste material, poucos estudos têm sido descritos na literatura sobre as propriedades elétricas e dielétricas do sistema Na1-xLixNbO3 e sua correlação com as transições de fases.
Este trabalho tem como objetivo o estudo das transições de fases do sistema Na0,88Li0,12NbO3, sintetizado por via química, e sua correlação com o comportamento elétrico e dielétrico, utilizando-se a técnica de espectroscopia de impedância.
A solução sólida do sistema Na0,88Li0,12NbO3 foi realizada a partir de um sal solúvel de nióbio, NH4[NbO(C2O4)3]3H2O, fornecido pela Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração-CBMM, e de nitratos de sódio e lítio3. O pó obtido foi compactado em forma de pastilhas e sinterizado durante duas horas a 1100 oC. As amostras obtidas apresentaram diâmetro entre 11 a 12 mm e espessura em torno de 1,5 mm, com densidade relativa de 97%. A caracterização elétrica da solução sólida foi realizada por espectroscopia de impedância no intervalo de freqüência de 5 Hz a 13 MHz (analisador de impedância HEWLETT-PACKARD modelo HP4192A ALF). As medidas foram realizadas em três ciclos térmicos, sob atmosfera de ar. Cada ciclo constituiu-se de medidas efetuadas em aquecimento a partir da temperatura ambiente até 800 oC, seguido de medidas realizadas em resfriamento de 800 oC até a temperatura ambiente. O intervalo de temperatura entre cada medida foi de 50 oC.
Resultados e Discussão
A estabilidade térmica das propriedades elétricas e dielétricas do sistema Na0,88Li0,12NbO3 foi avaliada em função de ciclos térmicos (aquecimento-resfriamento). Diferentes valores de resistividade foram encontrados entre o aquecimento e resfriamento (Figura 1). Estas diferenças diminuem com o número de ciclos para temperaturas inferiores à 600 oC. A Figura 2 mostra as curvas de permissividade (e) em função da temperatura obtidas em três ciclos térmicos estudados. Três diferentes máximos são identificados na curva da permissividade, os quais foram atribuídos às transições de fases ortorrômbica-tetragonal, tetragonal - pseudo-cúbica e pseudo-cúbica - cúbica, respectivamente. À medida que, os ciclos térmicos são realizados a intensidade e a posição dos picos mudam, em particular observa-se uma diminuição do intervalo térmico entre as transições, resultando em uma superposição dos picos a 350 oC no terceiro ciclo térmico (Figura 2). Após estes tratamentos cíclicos, a amostra cerâmica foi submetida a um novo tratamento térmico. Novas medidas dielétricas foram efetuadas, onde observou-se então o mesmo comportamento da curva exT, encontrado no primeiro ciclo térmico de medida. As diferenças de resistividade entre o aquecimento e o resfriamento, abaixo de 600 oC, bem como as modificações na curva da permisssividade em função da temperatura, sugerem que a cada ciclo térmico persistem diferentes frações de fases, em particular de baixa simetria.
Figura 1: Diagramas de impedância Figura 2: Curva de exT obtida em
do Na0,88Li0,12NbO3 obtido a 500 oC. três ciclos térmicos (aquecimento).
Conclusões
Os diferentes valores de resistividade e permissividade obtidos com os ciclos térmicos podem ser associados à presença de domínios de fases com diferentes simetrias. Três transições de fases foram observadas entre a temperatura ambiente e 800 oC. O restabelecimento das características dielétricas, após o segundo tratamento térmico, mostra a existência do caráter reversível do sistema.
Referências
[1] ZEYFANG, R.R. et al. “Temperature and time-dependent properties of polycrystalline (Li,Na)NbO3 solid solutions” .J. Appl. Phys., 48, 7: 3014, 1977.
[2] SADEL, A. et al. “ Etude optique et couplage ferroélectrique-ferroélastique de cristaux de composition Li0,02Na0,98NbO3”.Mat. Res. Bull., 18, 45, 1983.
[3] LANFREDI, S. et al. “Preparation of LiNbO3 powder from the thermal decomposition of a precursor salt obtained by an evaporative method”. J.Mater. Chem., 5, 11:1957, 1995.