Effect of additives on dielectric properties of Bi1.5Zn0.92Nb1.5O6.92 pyrochlore

Abstract

KATKILARIN PİROKLOR YAPILI Bi1.5Zn0.92Nb1.5O6.92 SERAMİKLERİNİN DİELEKTRİK ÖZELLİKLERİNE ETKİLERİ Bi1.5Zn0.92Nb1.5O6.92 formülüne sahip piroklor bileşikleri yüksek ve ayarlanabilen dielektrik sabiti, düşük dielektik kayıp, sıfıra yakın sıcaklık katsayısı gibi teknolojik olarak faydalı dielektrik özelliklere sahip olup, mikrodalga dielektrik malzeme olarak özellikle kablosuz haberleşmede ve çok katlı seramik kapasitörlerde kullanım alanına sahiptir. Bu proje çalışmasında, oksitlerin karışımı yöntemi kullanılarak Y, Dy, Gd, Eu, Ho, Yb, La ve Cu ilaveleriyle tek fazlı yapıya sahip katkılı Bi1.5Zn0.92Nb1.5O6.92 (BZN) piroklor bileşikleri üretilmiş ve dielektrik özellikleri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Her bir katkının BZN bünyesindeki çözünürlük sınırı XRD ve SEM kullanılarak hassas bir şekilde saptanmıştır. Nadir toprak elementlerin katkısıyla çözünürlük sınırlarının üzerinde BZN yapısında genelde ZnO fazının yanında MNbO4 (M=katkılandırılan nadir toprak elementi) ikincil fazı oluşmaktadır ve katkı miktarıyla ikincil fazların miktarı artmıştır. Minimum %97 relatif yoğunluğa sahip olacak şekilde üretilen katkılı BZN seramiklerinin dielektrik özelliklerinin ölçümü farklı dielektrik katsayılarına ve düşük dielektrik kayıplarına sahip seramiklerin üretildiğini göstermiştir. Genel olarak katkılı BZN seramiklerin dielektrik sabiti 1kHz-2MHz aralığında frekansdan bağımsız hareket etmekte ancak 20-200C aralığında sıcaklık dielektrik sabitini önemli derecede etkilemektedir. Dielektrik kayıplar frekansla genelde düşmekte ancak özellikle belirli bir frekansın üzerinde (250 kHz) sıcaklıktan az etkilenmektedir. Katkılı BZN seramiklerin dielektrik sabiti sıcaklık katsayısı katkı oranıyla oldukça değişkenlik göstermekte ancak bazı katkılı BZN seramiklerinde katkı oranı arttıkça sıcaklık katsayısı sıfıra yaklaşmaktadır.

EFFECT OF ADDITIVES ON DIELECTRIC PROPERTIES OF Bi1.5Zn0.92Nb1.5O6.92 PYROCHLORE The pyrochlore compound with a formulation of Bi1.5Zn0.92Nb1.5O6.92, has important technological dielectric properties, like high and tuneable dielectric constant, low dielectric loss, close to zero values of temperature coefficient, can be used as microwave dielectric material in wireless communication sector and in multilayer ceramic capasitors. In this study, single phase Y, Dy, Gd, Eu, Ho, Yb, La and Cu doped Bi1.5Zn0.92Nb1.5O6.92 (BZN) pyrochlore compounds were produced by mixed oxide technique and their dielectric properties were examined in detail. The solubility limit of each additive was determined by XRD and SEM. Generally ZnO and MNbO4 (M=doped rare earth element) phases formed as second phases above the solubility limit in the BZN using rare earth elements and their content increased with dopant amount. Dielectric measurements of doped BZN ceramics having min 97% of relative density indicated that ceramics with various dielectric constants and low dielectric losses were produced. Dielectric constant of doped BZN ceramics was not a function of frequency between 1kHz-2MHz but the temperature had a significant effect on the dielectric constant between 20-200C. Dielectric losses decreased generally with frequency but the temperature did not affect the dielectric losses especially above 250 kHz. Temperature coefficient of dielectric constant of doped BZN ceramics varied significantly with dopant content and it approached to zero with higher amount of dopant for some additives.