Effect of Bi-doping on the electrophysical properties of sodium niobate solid solutions

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction of dopants is a classic method for modifying the properties of materials, in particular, complex oxides of the perovskite family with the general formula ABO3 . Ions located in positions A and/or B are substituted. In this case, their valence can coincide with the valence of the basic ion (isovalent substitution) or differ (heterovalent substitution). Sodium niobate ( NaNbO3 ) is a convenient basis for producing ferroelectric solid solutions. Doping changes the properties of sodium niobate in a wide range, allowing the production of functional materials for various applications. In this paper, the effect of Bi3+ doping upon substitution of niobium ion Nb5+ on the structure and electrophysical properties of sodium niobate is studied. It has been shown that such compositions are characterized by a significant increase in electrical conductivity with increasing the doping concentration, a decrease in the Curie temperature, and a change in the grain structure. The dopant concentration is more than 10 mol. % leads to the formation of some secondary phases.

About the authors

Ekaterina V. Barabanova

Tver State University

Email: pechenkin_kat@mail.ru
Ph. D., Docent, Docent of the Applied Physics Department

Nikita M. Ospelnikov

Tver State University

3rd year postgraduate student, Physics and Technology Faculty

Alexandra I. Ivanova

Tver State University

Ph. D., Docent, Docent of the Applied Physics Department

References

  1. Directive 2002/95/EC of the European Parliament and of the Council of 27 January 2003 on the restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment // Official Journal of the European Union L 37. - 2003. - V. 46. - P. 19-23.
  2. Резниченко, Л.А. Свойства нестехиометрического ниобата натрия / Л.А. Резниченко, Л.А. Шилкина, О.Н. Разумовская и др. // Журнал технической физики. - 2002. - Т. 72. - Вып. 3. - С. 43-47.
  3. Fritsch, D. Electronic and optical properties of sodium niobate: a density functional theory study / D. Fritsch // Advances in Materials Science and Engineering. - 2018. - V. 2018. - Art. no. 6416057. - 10 p. doi: 10.1155/2018/6416057.
  4. Бондарев, В.С. Теплофизические свойства керамики ниобата натрия в широкой области температур / В.С. Бондарев, А.В. Карташев, М.В. Горев и др. // Физика твердого тела. - 2013. - Т. 55. - Вып. 4. - С. 752-758.
  5. Megaw, H.D. The seven phases of sodium niobate / H.D. Megaw // Ferroelectrics. - 1974. - V. 7. - I. l. - P. 87-89. doi: 10.1080/00150197408237956.
  6. Wood, E.A. Polymorphism in potassium niobate, sodium niobate, and other ABO3 compounds / E.A. Wood // Acta Crystallographica. - 1951. - V. 4. - I. 4. - P. 353-362. doi: 10.1107/S0365110X51001112.
  7. Vlazan, P. Exploiting the Bi-doping effect on the properties of NaNbO3 perovskite-type materials / P. Vlazan, M. Poienar, I. Malaescu et al. // Chemical Physics. - 2024. - V.579. - Art. no. 112203. - 9 p. doi: 10.1016/j.chemphys.2024.112203.
  8. Zhang, L. Tunable phase transitions in NaNbO3 ceramics through bismuth/vacancy modification / L. Zhang, Z. Yan, T. Chen et al. // Journal of Materials Chemistry C. - 2021. - V. 9. - I. 12. - P. 4289-4299. doi: 10.1039/d0tc05969b.
  9. Малышкина, О.В. Релаксационные процессы в области структурных фазовых переходов на примере керамики на основе ниобата натрия / О.В. Малышкиина, М. Али, Н.Е. Малышева, К.В. Пацуев // Физика твердого тела. - 2022. - Т. 64. - Вып. 12. - С. 1960-1966. doi: 10.21883/FTT.2022.12.53649.461.
  10. Macutkevic, J. Dielectric properties of NaNbO3 ceramics /j. Macutkevic, A. Molak, J. Banys // Ferroelectrics. - 2015. - V. 479. - I. 1. - P. 48-55. doi: 10.1080/00150193.2015.1011916.
  11. Оспельников, Н.М. Фазовые переходы в твердых растворах Na(Nb0.9Me0.1)O3-δ (Me=Bi, Fe) / Н.М. Оспельников, Е.В. Барабанова // Известия Российской академии наук. Серия физическая. - 2023. - Т. 87. - № 4. - С. 546-549. doi: 10.31857/S0367676522700971.
  12. Sirotin, Yu.I. Fundamentals of crystal physics / Yu.I. Sirotin, M.P. Shaskolskaya; translated by V. Snigirevskaya. - M.: Mir Publ., 1982. - 654 p.
  13. Jonscher, A.K. Dielectric relaxation in solids / A.K. Jonscher. - London: Chelsea Dielectrics Pres, 1983. - 396 pp.
  14. Барабанова, Е.В. Электрофизические свойства твердых растворов NaNb1-xFexO3-δ (x=0;0,1;0,2) / Е.В. Барабанова, Н.М. Оспельников, А.И. Иванова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2020. - Вып. 12. - С. 16-24. doi: 10.26456/pcascnn/2020.12.016.
  15. Deepanshu, K. Enhanced ionic conductivity through B-site Zr doping in NaNbO3 solid electrolytes / K. Deepanshu, Y. Deepak, J. Udeshwari // Journal of Power Sources. - 2024. - V. 613. - Art. № 234948. - 11 p. doi: 10.1016/j.jpowsour.2024.234948.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».