بررسي خواص دي الكتريكي لايه‌هاي نانوساختار Bi4Ti3O12 و Bi12TiO20 تهيه شده به روش سل- ژل

Dielectric Properties of Nanostructured Bi4Ti3O12 and Bi12TiO20 Films Prepared by Sol-Gel Method

هدف از اين تحقيق، سنتز و مشخصه يابي لايه‌هاي نانوساختار تيتانات بيسموت با دو تركيب Bi4Ti3O12 و Bi12TiO20 به روش سل- ژل مي باشد. همچنين تغييرات خواص دي الكتريك نمونه‌هاي تهيه شده با دماي آنيل و فركانس اعمالي مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفت. در اين راستا دو محلول سل مختلف با نسبت‌هاي مولار مشخص از مواد اوليه به روش سل- ژل تهيه و پس از لايه نشاني خشك و سپس در دماهاي مختلف 300 تا 700 درجه سانتيگراد آنيل شدند. به منظور بررسي ساختار و خواص لايه‌هاي سنتز شده از دستگاه‌هاي آناليز طيف سنج مادون قرمز، پراش اسعه ايكس، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، طيف سنجي پراش انرژي پرتو ايكس و LCR متر استفاده شد. بررسي‌هاي فازي نمونه‌ها به وسيله پراش اسعه ايكس حاكي از تشكيل تركيبات Bi4Ti3O12 با ساختار اورتورومبيك و Bi12TiO20 با ساختار مكعبي مي‌باشند كه در دماي 600 درجه سانتيگراد به مدت يك ساعت به طور كامل كريستاله شده‌اند. نتايج آزمايشات خواص دي الكتريك نشان داد كه با افزايش دماي آنيل، ثابت دي الكتريك و اتلاف دي الكتريك در هر دو نمونه افزايش يافتند. همچنين با افزايش فركانس، ثابت دي‌الكتريك نمونه‌ها كاهش و تلفات دي الكتريك آن‌ها افزايش مي‌يابد.

In this paper, bismuth titanate (Bi4Ti3O12, Bi12TiO20) nanostructured films were successfully fabricated via sol-gel method. The structure and dielectric properties of the prepared thin films as a function of annealing temperature and applied frequency were investigated. In this order, two different solutions with optimal ratio of raw materials were prepared. The solutions were deposited on the substrates by dip coating, and then heat treated at different temperatures ranging from 300 to 700 oC for 1 h. The prepared films were characterized by means of Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy and LCR meter. It was found that the single phases were formed when Bi4Ti3O12 and Bi12TiO20 samples were annealed at 600 oC, therefore, optimal condition could be obtained at this temperature. Dielectric studies showed that the dielectric constant and loss factor were increased with increased annealing temperatures. Also, the values of dielectric constant were decreased and dielectric loss increased with increasing frequency.