Bi₂Ti₂O₇: It Is Not What You Have Read

Abstract

Coprecipitation synthesis methods followed by microwave sintering techniques were utilized to obtain dense phase pure Bi 2 Ti 2 O 7 polycrystalline ceramic pellets. No evidence of secondary phases was found in the powder or pellets. This maiden achievement allowed for primary thermophysical, crystallographic, and dielectric characterization of this ceramic compound. Density functional theory was used to model the structure of the pyrochlore, from which the theoretical X-ray diffraction pattern was obtained to determine the purity of the experimental compound. Discrepancies among reports in literature regarding the structure, stability, and supposed ferroelectricity of this material are discussed and clarified. A modification to the phase diagram of the Bi 2 O 3 ÀTiO 2 system is proposed based on the results of the present investigation. In addition, and contrary to prior reports, the dielectric characterization of Bi 2 Ti 2 O 7 reveals a linear dielectric with high permittivity values at room temperature (115 at 500 kHz), and more remarkably, a temperature and frequency dependent dielectric relaxation.

Экспериментальное исследование и ab initio расчет свойств Sc-, In-допированных титанатов висмута со структурой типа пирохлора

“…Ранее с помощью ab initio расчетов были получены данные об электронной структуре и оптических свой-ствах стехиометрического Bi 2 Ti 2 O 7 [1,16,[26][27][28][29][30][31][32]. Авторы упомянутых работ показали, что это соединение отно-сится к диэлектрикам с прямым электронным переходом и величиной запрещенной щели 2.6−2.85 eV [29,32].…”

“…Соединения на основе титаната висмута со струк-турой типа пирохлора перспективны как материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, малым током утечки [1][2][3][4] и смешанные электронно-ионные проводники [5,6]. Кроме того, Bi 2 Ti 2 O 7 получаемый в на-норазмерном состоянии, обладает фотокаталитической активностью в видимой области спектра [7][8][9][10].…”

“…Кроме того, ранее было показано [14][15][16], что Bi 6s-неподеленная электронная пара создает про-странственные затрудения для расположения ионов, что может приводить к смещениям атомов висмута из высо-косимметричных позиций в позиции 96h, 96g или 192i и вследствие этого к смещениям атомов O ′ . Такие особен-ности кристаллического строения являются причинами термической нестабильности стехиометрической фазы Bi 2 T 2 O 7 , что ограничивает возможность его получения в виде плотной керамики с помощью твердофазной ре-акции и дальнейшее практическое использование [1,17].…”

“…В настоящей работе для проведения ab initio расчетов использовалась A-центрированная конфигура-ция: катион A (Bi) помещался в позицию 16c (0; 0; 0), катион B (Ti) -в позицию 16d (0.5; 0.5; 0. может приводить к смещениям атомов висмута из высо-косимметричных позиций в позиции 96h, 96g или 192i и вследствие этого к смещениям атомов O ′ . Такие особен-ности кристаллического строения являются причинами термической нестабильности стехиометрической фазы Bi 2 T 2 O 7 , что ограничивает возможность его получения в виде плотной керамики с помощью твердофазной ре-акции и дальнейшее практическое использование [1,17].Стабильность кристаллической структуры пирохлора титаната висмута может быть достигнута путем замеще-ния части катионов висмута катионами других элемен-тов с меньшим ионным радиусом. Так, с использованием реакции твердофазного синтеза были получены термо-стабильные титанаты висмута со структурой пирохлора, допированные атомами Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Y и Nd, и изучены их электрофизические свойства [5,6,[18][19][20][21][22][23][24][25].…”

“…Такие особен-ности кристаллического строения являются причинами термической нестабильности стехиометрической фазы Bi 2 T 2 O 7 , что ограничивает возможность его получения в виде плотной керамики с помощью твердофазной ре-акции и дальнейшее практическое использование [1,17].…”