Microstructure modulation of a Bi₄Ti₃O₁₂ thin film system by combining the effect of a simple processing methodology with a co-doping strategy involving Nd³⁺ and Nb⁵⁺

Carlos Gumiel; María Colado; David González Calatayud; Rafael Barea del Cerro; Marina Villegas García; Teresa Jardiel

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Microstructure modulation of a Bi₄Ti₃O₁₂ thin film system by combining the effect of a simple processing methodology with a co-doping strategy involving Nd³⁺ and Nb⁵⁺

Carlos Gumiel ^[1] ; María Colado ^[1] ; David G. Calatayud ^[2] ; Rafael Barea ^[1] ; Marina Villegas ^[3] ; Teresa Jardiel ^[3]
1. [1] Universidad Nebrija
  
  Universidad Nebrija
  
  Madrid, España
2. [2] Universidad Autónoma de Madrid
  
  Universidad Autónoma de Madrid
  
  Madrid, España
3. [3] Instituto de Cerámica y Vidrio
  
  Instituto de Cerámica y Vidrio
  
  Madrid, España
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Localización: Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, ISSN 0366-3175, Vol. 63, Nº. 6, 2024, págs. 425-433
Idioma: inglés
Títulos paralelos:
- Modulación de la microestructura en láminas delgadas basadas en el sistema Bi₄Ti₃O₁₂ combinando el efecto de una metodología de procesamiento simple con una estrategia de codopado que involucra Nd³⁺ y Nb⁵⁺
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Resumen
- español
  En la obtención de cerámicas ferroeléctricas basadas en Bi₄Ti₃O₁₂ se espera una microestructura basada en granos en forma de placas, favorecida por la estructura cristalina de tipo Aurivillius que exhibe este material. Esta morfología de grano conduciría a una conductividad que haría que la respuesta funcional no fuera práctica. En este marco, abordamos el control del crecimiento cristalino que conduce a esta morfología de grano combinando el efecto de un procedimiento simple de obtención de lámina delgada con estrategias de dopado. Por un lado, para la obtención de estas láminas delgadas se lleva a cabo una metodología de disolución-gel en medio acuoso más spin-coating. Por otro lado, en esta contribución se lleva a cabo una incorporación simultánea de Nd³⁺ y Nb⁵⁺ a la red cristalina reemplazando cationes de Bi³⁺ y Ti⁴⁺, respectivamente. Los resultados obtenidos por difracción de rayos X, análisis por UV-visible y FESEM confirman que los dopantes incorporados son capaces de bloquear (o al menos controlar) el mencionado crecimiento cristalino.
- English
  A microstructure based on plate-like grains is expected in the obtaining of Bi₄Ti₃O₁₂ ferroelectric ceramics, promoted by the Aurivillius crystalline structure that this material exhibit. This grain morphology would lead to conductivity making the functional response unpractical. In this frame, we address the control of the crystal growth which leads to this grain morphology by combining the effect of a simple thin film obtaining procedure with doping strategies. On the one hand, an aqueous solution-gel plus spin-coating methodology is performed here for the obtaining of these thin films. On the other hand, a simultaneous incorporation of Nd³⁺ and Nb⁵⁺ in the crystal lattice replacing Bi³⁺ and Ti⁴⁺, respectively, is conducted in this contribution. The results obtained by X-ray diffraction, UV–visible measurements and FESEM confirm that the incorporated dopants are able to block (or at least control) the mentioned crystal growth.