Influência dos dopantes potássio e lítio na cerâmica relaxora niobato de chumbo e magnésio (PMN)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

The chemistry of ceramic glazes

The development of ideas and theories concerning the structure of glazes, as one of the glassy materials, are reviewed in the general introduction. The raw materials and the manufacturing process for glazes are described (Chapter One). A number of new vanadyl(IV) dipyridylamine and tripyrldylamine complexes have been prepared, various spectroscopic techniques are used in the investigation of the vanadyl ion in a weak ligand field, the situation of those found in a glaze environment (Chapter Three). In glaze recipes containing silica, potash feldspar, china clay, MO(M= Ca, Sr, Sa, Ti and Zn) and NiO, the ligand field theory is used in the elucidation of the effect of M (in MO) on the absorption spectra and coordination behaviour of Ni(II) in glazes. The magnetic and visible spectral results are reviewed in terms of Dietzel's idea of field strength of M and also in terms of Shteinberg's theory of glaze structure. X-ray diffraction is used for the identification of various species that formed after the firing process of glazes (Chapter Four). In Chapter Five, [] Mossbauer spectroscopy, supplemented by E.S.R., X-ray and visible spectral measurements are used in the investigation of iron in a glaze composition similar to that used in Chapter Four. The Mossbauer results are used in following the influence of; M in MO (M= Sr, Ca and Ba), oxides of titanium(IV) and vanadium(V ), and firing conditions on the chemistry of iron. Generally the iron(II) and iron(III) in the fired glazes are in octahedral sites although there are a range of similar, though not identical environments. A quite noticable influence of M (in MO) on the resonance line width is seen. In one case evidence is found for iron(IV) in an iron/vanadium glaze. E.S.R. of vanadium containing glazes indicate that vanadium is present as V02+ in a highly distorted tetragonal environment .

Efeito da adição de dopantes durante a síntese do precursor columbita para a preparação da cerâmica ferroelétrica relaxora PMN

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Propriedades dielétricas de cerâmicas relaxoras PMN

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Synthesis and characterization of 0.9PMN-0.1PT powders by the use of a modified columbite precursor

The complex perovskite compound 0.9PbMg 1/3Nb 2/3O 3-0.1PbTiO 3 is one of the most promising relaxor ceramic because the addition of lead titanate increases T m, by about 5°C/mol% from intrinsic T m value for pure PMN (near -7 to -15°C). A Ti-modified columbite precursor was used to prepare PMN-PT powders containing single perovskite phase. This variation on columbite route includes Ti insertion in MgNb 2O 6 orthorhombic structure so that individual PT synthesis becomes unnecessary. Furthermore, effects of Li additive on columbite and PMN-PT structures were studied by XRD to verify the phase formation at each processing step. XRD data were also used for the structural refinement by Rietveld method. The additive acts increasing columbite powders crystallinity, and the amount of perovskite phase was insignificantly decreased by lithium addition. By SEM micrographs it was observed that Li presence in PMN-PT powders leads to the formation of rounded primary particles and for lmol% of additive, the grain size is not changed, different from when this concentration is enhanced to 2mol%.

Physical characterization of K-doped 0.9PMN-0.1PT synthesized by an association of the columbite route and the polymeric precursor method

The solid solution 0.9PbMg 1/3Nb 2/3O 3-0.1PbTiO 3 is one of the most widely investigated relaxor ceramic, because of its high dielectric constant and low sintering temperatures. PMN-PT powders containing single perovskite phase were prepared by using a Timodified columbite precursor obtained by the polymeric precursor method. Such precursor reacts directly with stoichiometric amount of PbO to obtain pyrochlore-free PMN-PT powders. The structural effects of K additive included in the columbite precursor and 0.9PMN-0.1PT powders were also studied. The phase formation at each processing step was verified by XRD analysis, being these results used for the structural refinement by the Rietveld method. It was verified the addition of K in the columbite precursor promotes a slight increasing in the powder crystallinity. There was not a decrease in the amount of perovskite phase PMN-PT for 1mol% of K, and the particle and grain size were reduced, making this additive a powerful tool for grain size control.

Lineare und nichtlineare dielektrische Spektroskopie am Relaxor-Ferroelektrikum Bleimagnesiumniobat

Relaxor-Ferroelektrika sind wegen ihrer möglichen technischen Anwendungen und vom Standpunkt der Grundlagenforschung als Beispiel für ungeordnete Systeme von wissenschaftlichem Interesse. Trotz zahlreicher experimenteller Untersuchungen sind die mikroskopischen Ursachen ihrer Eigenschaften aber nach wie vor ungeklärt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Relaxor-Ferroelektrikum Bleimagnesiumniobat-Bleititanat (PMN-10PT) mittels linearer und nichtlinearer dielektrischer Spektroskopie untersucht. Durch Anregung mit starken elektrischen Wechselfeldern konnten mit der Methode des nichtresonanten dielektrischen Lochbrennens frequenzselektiv einzelne spektrale Bereiche aus dem verbreiterten Relaxationsspektrum herausgegriffen und deren Rückrelaxation separat verfolgt werden. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, daß eine langlebige dynamische Heterogenität der dipolaren Reorientierung existiert. Durch ihr ausgeprägt nichtergodisches Verhalten zeigen Relaxor-Ferroelektrika starke Alterungseffekte. Die Untersuchung des Alterungsverhaltens der dielektrischen Suszeptibilität zeigte, daß ein Gedächtnis für die bei einer Alterungstemperatur eingenommene Konfiguration bestehen bleibt, sofern die Temperatur nach einer unvollständigen isothermen Alterung nur um einige Grad abgesenkt oder erhöht wurde.Außerdem wurde die induzierte Polarisation bei stochastischen dielektrischen Anregungen mit elektrischen Feldern, die in sehr guter Näherung ein weißes Rauschen darstellten, untersucht. Über die Bildung der Kreuzkorrelationsfunktion zwischen Feld und Polarisation konnte die Impulsantwortfunktion des Systems berechnet werden.Die experimentellen Ergebnisse am Relaxor-Ferroelektrikum PMN-10PT können sehr gut mit einem Modell eines ungeordneten Ferroelektrikums erklärt werden, dessen Domänenwände unordnungsbedingt an sogenannten Pinning-Zentren festhaften.

Polymer controlled mineralization of zinc phosphate hydrates and applications in corrosion protection, catalysis and biomedicine

ZUSAMMENFASSUNG Die Tauglichkeit von Hybridmaterialien auf der Basis von Zinkphosphathydrat-Zementen zum Einsatz als korrosionshemmende anorganische Pigmente oder zur prothetischen und konservierenden Knochen- und Zahntherapie wird weltweit empirisch seit den neunziger Jahren intensiv erforscht. In der vorliegenden Arbeit wurden zuerst Referenzproben, d.h. alpha-und beta-Hopeite (Abk. a-,b-ZPT) dank eines hydrothermalen Kristallisationsverfahrens in wässerigem Milieu bei 20°C und 90°C hergestellt. Die Kristallstruktur beider Polymorphe des Zinkphosphattetrahydrats Zn3(PO4)2  4 H2O wurde komplett bestimmt. Einkristall-strukturanalyse zeigt, daß der Hauptunterschied zwischen der alpha-und beta-Form des Zinkphosphattetrahydrats in zwei verschiedenen Anordnungen der Wasserstoffbrücken liegt. Die entsprechenden drei- und zweidimensionalen Anordnungen der Wasserstoffbrücken der a-und b-ZPT induzieren jeweils unterschiedliches thermisches Verhalten beim Aufwärmen. Während die alpha-Form ihr Kristallwasser in zwei definierten Stufen verliert, erzeugt die beta-Form instabile Dehydratationsprodukt. Dieses entspricht zwei unabhängigen, aber nebeneinander ablaufenden Dehydratationsmechanismen: (i) bei niedrigen Heizraten einen zweidimensionalen Johnson-Mehl-Avrami (JMA) Mechanismus auf der (011) Ebene, der einerseits bevorzugt an Kristallkanten stattfindet und anderseits von existierenden Kristalldefekten auf Oberflächen gesteuert wird; (ii) bei hohen Heizraten einem zweidimensionalen Diffusionsmechanismus (D2), der zuerst auf der (101) Ebene und dann auf der (110) Ebene erfolgt. Durch die Betrachtung der ZPT Dehydratation als irreversibele heterogene Festkörperstufenreaktion wurde dank eines „ähnlichen Endprodukt“-Protokolls das Dehydratationsphasendiagramm aufgestellt. Es beschreibt die möglichen Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Hydratationszuständen und weist auf die Existenz eines Übergangszustandes um 170°C (d.h. Reaktion b-ZPT  a-ZPT) hin. Daneben wurde auch ein gezieltes chemisches Ätzverfahren mit verdünnten H3PO4- und NH3 Lösungen angewendet, um die ersten Stufe des Herauslösens von Zinkphosphat genau zu untersuchen. Allerdings zeigen alpha- und beta-Hopeite charakteristische hexagonale und kubische Ätzgruben, die sich unter kristallographischer Kontrolle verbreitern. Eine zuverlässige Beschreibung der Oberfächenchemie und Topologie konnte nur durch AFM und FFM Experimente erfolgen. Gleichzeitig konnte in dieser Weise die Oberflächendefektdichte und-verteilung und die Volumenauflösungsrate von a-ZPT und b-ZPT bestimmt werden. Auf einem zweiten Weg wurde eine innovative Strategie zur Herstellung von basischen Zinkphosphatpigmenten erster und zweiter Generation (d.h. NaZnPO4  1H2O und Na2ZnPO4(OH)  2H2O) mit dem Einsatz von einerseits oberflächenmodifizierten Polystyrolatices (z.B. produziert durch ein Miniemulsionspolymerisationsverfahren) und anderseits von Dendrimeren auf der Basis von Polyamidoamid (PAMAM) beschritten. Die erhaltene Zeolithstruktur (ZPO) hat in Abhängigkeit von steigendem Natrium und Wassergehalt unterschiedliche kontrollierte Morphologie: hexagonal, würfelförmig, herzförmig, sechsarmige Sterne, lanzettenförmige Dendrite, usw. Zur quantitativen Evaluierung des Polymereinbaus in der Kristallstruktur wurden carboxylierte fluoreszenzmarkierte Latices eingesetzt. Es zeigt sich, daß Polymeradditive nicht nur das Wachstum bis zu 8 µm.min-1 reduzierten. Trotzdem scheint es auch als starker Nukleationsbeschleuniger zu wirken. Dank der Koordinationschemie (d.h. Bildung eines sechszentrigen Komplexes L-COO-Zn-PO4*H2O mit Ligandenaustausch) konnten zwei einfache Mechanismen zur Wirkung von Latexpartikeln bei der ZPO Kristallisation aufgezeigt werden: (i) ein Intrakorona- und (ii) ein Extrakorona-Keimbildungsmechanismus. Weiterhin wurde die Effizienz eines Kurzzeit- und Langzeitkorrosionschutzes durch maßgeschneiderte ZPO/ZPT Pigmente und kontrollierte Freisetzung von Phosphationen in zwei Näherungen des Auslösungsgleichgewichts abgeschätzt: (i) durch eine Auswaschungs-methode (thermodynamischer Prozess) und (ii) durch eine pH-Impulsmethode (kinetischer Prozess. Besonders deutlich wird der Ausflösungs-Fällungsmechanismus (d.h. der Metamorphismus). Die wesentliche Rolle den Natriumionen bei der Korrosionshemmung wird durch ein passendes zusammensetzungsabhängiges Auflösungsmodell (ZAAM) beschrieben, das mit dem Befund des Salzsprühteste und der Feuchtigkeitskammertests konsistent ist. Schließlich zeigt diese Arbeit das herausragende Potential funktionalisierter Latices (Polymer) bei der kontrollierten Mineralisation zur Herstellung maßgeschneiderter Zinkphosphat Materialien. Solche Hybridmaterialien werden dringend in der Entwicklung umweltfreundlicher Korrosionsschutzpigmente sowie in der Dentalmedizin benötigt.

A homovalent doping in PMN ceramics by using lithium and scandium cations

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudio de la adición de K+ y LiNbO3 en las propiedades finales del relaxor PMN procesado por mezcla de polvos

PMN ceramic relaxor has been investigated by several researchers and many aspects of this material, like powder morphology, phase decomposition, weight loss during sintering process, densification, between others, still are investigated. PMN powder preparation has been shown more efficient when synthesized by columbite route, however lead addition stage for the PMN powder synthesis remains problematical. Therefore, this work proposes a new association of methodologies, using columbite route and the hydroxide precipitation method. Through use of the powder mixture technique, which permitted to obtain good green and sintered densities, was possible to observe K+ y Li + dopants reduce weight loss in sintering process and change significantly the dielectric properties. Addition of LiNbO3 seeds in conformation stage, which react in a distinct way as a function of the particle size, promotes the formation of differenced grains in the ceramic bulk. Consequently, very different dielectrics properties from conventional PMN ceramic were obtained.

PMo12-doped carbon ceramic composite electrode based on sol-gel chemistry and its electrocatalytic reduction of bromate

A conductive carbon ceramic composite electrode (CCE) comprised of cc-type 1:12 phosphomolybdic acid (PMo12) and carbon powder in an organically modified silicate matrix was fabricated using a sol-gel method and characterized by scanning electron microscopy, cyclic voltammetry, and Osteryoung square-wave voltammetry. Osteryoung square-wave voltammograms of the modified electrode immersed in different acidic aqueous solutions present the dependence of current and redox potential on pH. The PMo12-doped CCE shows more reversible reaction kinetics, good stability and reproducibility, especially the renewal repeatability by simple polishing in the event of surface fouling or dopant leaching. Moreover, the modified electrode shows good catalytic activity for the electrochemical reduction of bromate.

Optical and dielectric relaxor behaviour of Ba(Zr(0.25)Ti(0.75))O(3) ceramic explained by means of distorted clusters

In this work, Ba(Zr(0.25)Ti(0.75))O(3) ceramic was prepared by solid-state reaction. This material was characterized by x-ray diffraction and Fourier transform Raman spectroscopy. The temperature dependent dielectric properties were investigated in the frequency range from 1 kHz to 1 MHz. The dielectric measurements indicated a diffuse phase transition. The broadening of the dielectric permittivity in the frequency range as well as its shifting at higher temperatures indicated a relaxor-like behaviour for this material. The diffusivity and the relaxation strength were estimated using the modified Curie-Weiss law. The optical properties were analysed by ultraviolet-visible (UV-vis) absorption spectroscopy and photoluminescence (PL) measurements at room temperature. The UV-vis spectrum indicated that the Ba(Zr(0.25)Ti(0.75))O(3) ceramic has an optical band gap of 2.98 eV. A blue PL emission was observed for this compound when excited with 350 nm wavelength. The polarity as well as the PL property of this material was attributed to the presence of polar [TiO(6)] distorted clusters into a globally cubic matrix.

Synthesis of slightly < 111 >-oriented 0.65Pb(Mg1/3Nb2/3)O-3-0.35PbTiO(3) ceramic prepared from fine powders

Slightly < 111 >-oriented 0.65Pb(Mg1/3Nb2/3)03-0.35PbTiO(3) ceramic was prepared using fine powders obtained by means of an alternative and promising chemical oxide precursor method. High quality samples with improved structural, microstructural, dielectric and ferroelectric properties were obtained. The dielectric constant value (epsilon similar to 2577) measured at 1 kHz is compared to unpoled < 112 > grain-oriented ceramics while the remanent polarization (P-r similar to 19-1 mu cm(-2)) is compared with random grain-oriented ceramics. These results point out the viability to produce ferroelectric PMN-PT ceramics of very good quality using powder precursors prepared from this chemical method. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Structural and dielectric properties of relaxor Sr0.5Ba0.5Bi2Nb2O9 ceramic

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Influence of the LiNbO3 and KNbO3 seeds on the sintering and electrical properties of PMN ceramic

The effect of LiNbO3 and KNbO3 seeds on the microstructure and dielectric characteristics of PMN ceramic prepared by columbite route have been investigated with the addition of 0, 1, and 2-wt% of seeds. X-ray diffraction, Scanning Electron Microscopy and an impedance analyzer were used to characterize the influence of seeds on physical characteristics and dielectric properties of PMN. LiNbO3 -seeded PMN samples present a significant increase in the amount of perovskite phase. The addition of LiNbO3 seeds in sintered PMN ceramics at 1100degreesC during 4 h causes a decrease in the porosity and the amount of pyrochlore phase. Weight losses during sintering of PMN ceramics are suppressed more significantly for LiNbO3 -seeded PMN. T-m of PMN ceramics changes with seeds concentration. KNbO3 seeds displace T-m to lower temperature whereas LiNbO3 causes its elevation. Dielectric constants of approximately 13,000 at 1 kHz was measured at -5degreesC in PMN ceramics with 1-wt% of LiNbO3 seeds.