Obtención de polvos cerámicos del sistema Bi0.5Na0.5TiO3-xBiFeO3 por el método de reacción por combustión

Abstract

Los materiales piezoeléctricos son utilizados en muchas aplicaciones tales como sensores y actuadores [1], y recientemente se ha estudiado su aplicación en la captación de energía [2]. En la mayoría de estas aplicaciones, el material piezoeléctrico utilizado es el titanato zirconato de plomo (PZT), debido a las grandes propiedades piezoeléctricas y alta temperatura de Curie [3]; sin embargo, el plomo es un elemento tóxico, lo que ha llevado a la comunidad científica a obtener otros materiales piezoeléctricos libres de plomo [4]. Hasta el momento, los materiales piezoeléctricos libres de plomo más prometedores son (K, Na)NbO3 (Bi, Na)TiO3-BaTiO3, de los que se han desarrollado dispositivos prototipo [5, 6]. Sin embargo, debido a las propiedades piezoeléctricas inferiores de ambos materiales comparadas con el del PZT, se han enfocado esfuerzos para desarrollar otros materiales piezoeléctricos libres de plomo con propiedades superiores. Un método para aumentar las propiedades piezoeléctricas es alterar la distorsión de la red. Un ejemplo es la solución sólida entre el BaTiO3 y el (Bi1/2K1/2)TiO3. El sistema cristalino es tetragonal para todas las composiciones, pero las propiedades piezoeléctricas se pueden aumentar con la disminución de la distorsión tetragonal (c/a) en composiciones entre 0.8 BaTiO3-0.2(Bi1/2K1/2)TiO3 y 0.4BaTiO3-0.6(Bi1/2K1/2)TiO3 [7]. La solución sólida entre el BiFeO3 (BFO) y el Bi0.5Na0.5TiO3 (BNT) con simetría romboédrica es de este tipo, el sistema cristalino permanece con simetría romboédrica para todas las composiciones, no experimentando ninguna transición de fase a temperatura ambiente [8]. El Bi0.5Na0.5TiO3 (BNT) y el BiFeO3 (BFO) son dos compuestos que presentan estructura perovskita con grupo espacial R3c a temperatura ambiente. Estudios realizados [8] han demostrado que forman una solución sólida, con grupo espacial R3c, continua a temperatura ambiente. Estos dos compuestos presentan un comportamiento ferroeléctrico que se mantiene para todas las composiciones de la solución sólida [8]; sin embargo, existen discrepancias importantes en sus propiedades físicas que hacen que esta solución sólida sea de gran interés. En este trabajo se estudió la influencia del BFO sobre las propiedades estructurales, eléctricas y magnéticas del BNT, en el sistema (1-x)BNT-xBFO. El método de síntesis utilizado fue el de reacción por combustión y se obtuvieron composiciones con x=0.0, 0.02, 0.08, 0.10 y 0.20. La espectroscopia infrarroja y la difracción de rayos-X permitió concluir sobre la influencia que tiene la inclusión de BFO en los enlaces, con la difracción de rayos X se determinó que la inclusión de BFO no modifica la estructura cristalina del BNT, aunque si modifica los parámetros de red en la estructura cristalina. La microscopia electrónica de barrido permitió determinar que las partículas tienen una forma irregular. La caracterización eléctrica permitió observar el aumento de las pérdidas dieléctricas al aumentar la cantidad de hierro en la estructura y mediante las curvas de magnetización en función del campo magnético se observó que la solución sólida entre el BNT y el BFO adquiere propiedades ferrimagnéticas.