Syntheses of new Bi-based lead-free materials : with the formula (A,A’)(B)O₃ and (A,A’)(B,B’)O₃
Nouveaux matériaux sans plomb à base de bismuth : vers des composés de type (A,A') (B)O₃ et (A,A') (B,B') O₃
Résumé
The present work focused on the research of new lead-free perovskite materials with the formula (A⁺,Bi³⁺)BO₃ and(A⁺,Bi³+)(B,B’)O₃ with A⁺ = {Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺}. The aim of this study is to find potential candidates to replace the lead-based perovskite used in the electronic devices nowadays. The possibility to substitute the lead ion par a couple (A⁺,Bi³⁺) has been examined for (i) the simple perovskites PbTiO₃ and PbZrO₃ and (ii) the complex perovskites Pb(Mg⅟₃Nb⅔)O₃ and Pb(Zn⅟₃Nb⅔)O₃.The synthesis of the composition (Li⅟₂Bi⅟₂)TiO₃ (LBT) has led to a pyrochlore Bi₂Ti₂O₇-like compound. The other compositions have conducted to the perovskites compounds (Na⅟₂Bi⅟₂)ZrO₃ (NBZ), (K⅟₂Bi⅟₂)ZrO₃ (KBZ), (Na⅟₂Bi⅟₂)(Mg⅓Nb⅔)O₃ (NBMN),(K⅟₂Bi⅟₂)(Mg⅟₃Nb⅔)O₃ (KBMN) and (K⅟₂Bi⅟₂)(Zn⅟₃Nb⅔)O₃ (KBZN). A lot of work has been carried out for the syntheses, using different precursor or process, in order to suppress the secondary phases which are often obtained with these perovskites. The crystalline structures have been studied by neutron diffraction, using the Rietveld method. These have been determined for the LBT, NBZ, KBZ and KBMN compounds. The electrical properties of these materials have also been studied. None of them is ferroelectric. KBZ is électrostrictif. Finally, NBZ, NBMN and KBMN present some interesting relaxor properties.
Ce travail est consacré à la recherche de nouveaux matériaux sans plomb à structure pérovskite, de formules (A⁺,Bi³⁺)BO₃ et (A⁺,Bi³+)(B,B’)O₃ où A⁺ = {Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺}. Le but visé est le remplacement des pérovskites à base de plomb actuellement utilisées dans les dispositifs électroniques. La possibilité de substitution du plomb par un pseudo-ion (A⁺,Bi³⁺) a été étudiée pour (i) les pérovskites simples PbTiO₃ et PbZrO₃ et (ii) les pérovskites complexes Pb(Mg⅟₃Nb⅔)O₃ et Pb(Zn⅟₃Nb⅔)O₃.La synthèse de la composition (Li⅟₂Bi⅟₂)TiO₃ (LBT) a conduit à un composé pyrochlore de type Bi₂Ti₂O₇. Les autres compositions ont permis d'obtenir les pérovskites (Na⅟₂Bi⅟₂)ZrO₃ (NBZ), (K⅟₂Bi⅟₂)ZrO₃ (KBZ), (Na⅟₂Bi⅟₂)(Mg⅓Nb⅔)O₃ (NBMN), (K⅟₂Bi⅟₂)(Mg⅟₃Nb⅔)O₃ (KBMN) et (K⅟₂Bi⅟₂)(Zn⅟₃Nb⅔)O₃ (KBZN). Un important travail de synthèse a été effectué, en utilisant plusieurs voies et différents précurseurs, afin d'essayer d'éliminer les phases secondaires qui accompagnent généralement ces pérovskites.Les structures cristallines ont été étudiées par diffraction de neutrons à l'aide de la méthode de Rietveld. Celles-ci ont été déterminées pour LBT, NBZ, KBZ et KBMN. Les propriétés électriques de ces matériaux ont également été étudiées. Aucun d'entre eux n'est ferroélectrique. KBZ est électrostrictif. Enfin, NBZ, NBMN et KBMN montrent d'intéressantes propriétés de relaxeurs.
Domaines
Matériaux| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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