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Title in Portuguese: Estudo das propriedades Dielétricas da matriz cerâmica SrBi2Nb2O9 (SBN) para uso em dispositivos de RF e microondas
Title: Studying the dielectric properties of the ceramic matrix SrBi2Nb2O9 (SBN) for use in RF and microwave devices
Author: Sancho, Emmanuelle de Oliveira
Advisor(s): Sombra, Antônio Sérgio Bezerra
Keywords: Ciência dos materiais
Materiais cerâmicos - Propriedades elétricas
Dispositivos eletrônicos
Issue Date: 4-Feb-2013
Citation: SANCHO, E. O. Estudo das propriedades Dielétricas da matriz cerâmica SrBi2Nb2O9 (SBN) para uso em dispositivos de RF e microondas. 2013. 157 f. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência dos Materiais)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013.
Abstract in Portuguese: O grupo de materiais ferroelétricos com camada de bismuto (BLSFs) tem sido extensivamente estudados, devido à sua potencial utilização em memórias de acesso aleatório (aplicações FeRAMs). Estruturas perovskita em camadas de bismuto de SrBi2Nb2O9 (SBN) pertencem a família Aurivillius, que têm a fórmula geral (Bi2O2)2+(An-1BnO3n+1)2-, onde os sítios A são ocupados por cátions maiores, enquanto que os cátions com elevada valência estão localizados em sítios B e n é o número de camadas octaédricas entre as camadas de bismuto (Bi2O2)2+. A presença de camadas de bismuto serve como amortecedor para suportar a fadiga da polarização e preservar a estabilidade do bismuto em ferroelétricos de camadas estruturadas. Neste trabalho, as propriedades estruturais e dielétricas de SrBi2Nb2O9 (SBN) em função do nível de adição de Bi2O3 ou La2O3 em radiofrequências (RF) e micro-ondas foram estudados. O SBN foi preparado utilizando o método de reação em estado sólido com a adição de 3, 5, 10 e 15% de Bi2O3 ou La2O3. A única fase ortorrômbica foi formada após a calcinação a 900°C durante 2h. A análise por difração de Raios X (DRX), utilizando o refinamento de Rietveld confirmou a formação de uma única fase com um composto de estrutura cristalina (a = 5.5129Å, b = 5,5183Å , c = 25,0819Å; α = β = γ = 90º). A microscopia eletrônica de varredura (MEV) do material mostrou morfologias globulares (quase esférica) de grãos em toda a superfície das amostras. A temperatura de Curie encontrada para a amostra não dopada foi de 400ºC. Com adições de Bi3+, a temperatura diminuiu e com adições de La3+ a temperatura de Curie aumentou significativamente acima de 450ºC. Nas medições das propriedades dielétricas de SBN à temperatura ambiente, a 10 MHz, foi observado os maiores valores de permissividade para SBN5LaP (5% de La2O3), com valores de 116,71 e a mais baixa perda (0,0057) foi obtido por SBN15LaP (15% de La2O3). Na região de frequência de micro-ondas, amostras adicionadas de Bi2O3 mostraram maior permissividade dielétrica que amostras adicionadas de La2O3, destacamos a SBN15BiG (15% Bi2O3) com a permissividade dielétrica mais elevada em 70,32 (3,4 GHz). Os valores de constante dielétrica estão compreendidos na faixa de 28-71 e as perdas dielétricas são da ordem de 10-2. As amostras foram estudadas para possíveis aplicações em RF e componentes de micro-ondas.
Abstract: The group of ferroelectric materials with bismuth layer (BLSFs) has been extensively studied due to their potential use in random access memories (FeRAMs applications). Layered structures of perovskite bismuth SrBi2Nb2O9 ( SBN ) belong to the Aurivillius family, which has the general formula (Bi2O2)2+(An-1BnO3n+1)2-, where the sites are occupied by the larger cations, whereas the cations with high valence are located in sites B and n is the number of octahedral layers between the layers of bismuth (Bi2O2)2+. The presence of the bismuth layer serves as a buffer to withstand fatigue and polarization preserving the stability of the bismuth layer structured ferroelectrics. In this work, the structural and dielectric properties of SrBi2Nb2O9 (SBN) based on the level of addition of Bi2O3 or La2O3 on radio frequencies (RF) and microwave were studied. The SBN was prepared using the method of solid state reaction with the addition of 3, 5, 10 and 15% of Bi2O3 and La2O3. A single orthorhombic phase was formed after calcination at 900° C for 2h. The analysis by X-ray diffraction (XRD) using the Rietveld refinement confirmed the formation of a single phase compound with a crystal structure (a = 5.5129Å, b = 5.5183Å, c = 25.0819Å, α = β = γ = 90°) . The scanning electron microscopy (SEM) showed the material (nearly round) globular grain morphologies across the surface of the samples. The Curie temperature found for the undoped sample was 400°C. With additions of Bi3+, and the decreased temperature and with additions of La3+ Curie temperature rose significantly above 450°C. In the measurement of the dielectric properties of SBN at room temperature to 10 MHz, the highest values for permittivity SBN5LaP (5% La2O3) were observed, with values of 116.71 and the lowest loss (0.0057) was obtained by SBN15LaP (15% La2O3). In the region of frequency microwave , added Bi2O3 samples showed higher dielectric permittivity that La2O3 samples added, highlight the SBN15BiG (15% Bi2O3) with higher dielectric permittivity in 70.32 (3.4GHz) . The values of dielectric constant are included in the range of 28-71 and the dielectric losses are of the order of 10-2. The samples were investigated for possible applications in RF and microwave components.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/7873
metadata.dc.type: Tese
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