Anomalous grain boundary conduction in BiScO3-BaTiO3 high temperature dielectrics
Anomalous grain boundary conduction in BiScO3-BaTiO3 high temperature dielectrics
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BiScO3-BaTiO3 高温电介质中的反常晶界传导
DOI：
10.1016/j.actamat.2021.117136
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
9.4
通讯作者：
Li L
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li L
X射线衍射、分析电子显微镜、差示扫描量热法、阻抗谱和电动势测量的组合（对于氧化物离子迁移数测量，T1 n）被用来报告在x = 0.4的样品组合物中沿沿着晶界的少量连续的富Bi 2 O3相的影响（BS0.4BT）的高温介电固溶体系列x（BiScO 3）-（1-x）（BaTiO 3）。它的存在会使电导率产生约两个数量级的显著变化，并在约600 - 800 °C的范围内产生开关，这在其他BiScO 3含量较低的陶瓷中是没有观察到的。在低于~ 700 °C时，BS0.4BT中的晶界充当电阻挡层并主导陶瓷的阻抗。相比之下，在> 800 °C时，由于δ-Bi 2 O3的多晶型相变和熔化，晶界变得高度导电，这导致电流沿晶界沿着流动，从而避开晶粒。对于BS0.4BT，ion值从~ 600 °C时的~ 0.13增加到~ 800 °C时的接近1，这与由于晶界区域存在液态Bi 2 O3而导致的氧化物离子传导一致。通过添加略微过量的3wt%Bi2O3intox = 0.3（BS0.3BT）样品以诱导富含Bi 2 O3的晶界相来再现该行为，否则该晶界相不存在于该组合物中。
A combination of X-ray diffraction, analytical-electron microscopy, differential scanning calorimetry, impedance spectroscopy and electromotive force measurements (for oxide-ion transport number measurements, tion) are used to report on the influence of a small amount of a continuous Bi2O3-rich phase along the grain boundaries in sample compositionx= 0.4 (BS0.4BT) of the high temperature dielectric solid solution series, x(BiScO3)-(1-x)(BaTiO3). Its presence produces a dramatic change in conductivity of ~ two orders of magnitude and a switch in tionover the range ~ 600 - 800 °C that is not observed for other ceramics with lower BiScO3content. Below ~ 700 °C the grain boundaries in BS0.4BT act as electrically blocking layers and dominate the impedance of the ceramics. In contrast, at > 800 °C the grain boundaries become highly conductive due to a polymorphic phase transition to, and melting of δ-Bi2O3which results in the current percolating along the grain boundaries and therefore avoiding the grains. The value of tionincreases from ~ 0.13 at ~ 600 °C to near unity at ~ 800 °C for BS0.4BT, consistent with oxide ion conduction due to the presence of liquid Bi2O3at grain boundary regions. This behaviour was reproduced by adding a small excess of 3 wt% Bi2O3intox= 0.3 (BS0.3BT) samples to induce a Bi2O3-rich grain boundary phase, not otherwise present in this composition.
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