Przemieszczenia jonów tlenu i bizmutu, a nie jak przypuszczano tytanu, prowadzą do występowania właściwości ferroelektrycznych w związkach układu Ba0.4Sr0.6TiO3 – Bi0.5Na0.5TiO3. Zespół z udziałem prof. Franciszka Kroka i dr. inż. Marcina Kryńskiego z Politechniki Warszawskiej zbadał związek oparty na tytanianie sodowo-bizmutowym (NBT), który może stać się alternatywą dla bazujących na szkodliwym ołowiu materiałach wykorzystywanych m.in. w czujnikach i magazynach energii.
Klasyczne podejście do zmian strukturalnych zachodzących podczas przejścia ferroelektrycznego w układach o strukturze perowskitowej, takich jak w tytanianie baru BaTiO3, zakłada, że polaryzacja zachodzi w wyniku niecentrycznego przemieszczenia kationów. Nasi fizycy we współpracy z międzynarodowym zespołem ekspertów wykazali, że w przypadku mieszanki NBT 0.2(Ba0.4Sr0.6TiO3)–0.8(Bi0.5Na0.5TiO3) sprawy mają się nieco inaczej.
— Wykorzystaliśmy zaawansowane techniki badania struktury i właściwości materiału, m.in. spektroskopię impedancyjną i obliczenia ab initio. Dzięki nim odkryliśmy, że atomy tytanu nie przyczyniają się do polaryzacji w tak dużym stopniu, jak wcześniej sądzono. Kluczową rolę odgrywają za to ruchy atomów tlenu i bizmut, w związkach w których ten kation występuje. Zrozumienie, co stoi za ferroelektrycznością tego materiału, może pomóc nam zrozumieć podobne procesy zachodzące w innych materiałach o podobnych strukturach — mówi dr inż. Marcin Kryński.
Analiza badaczy podważa konwencjonalne teorie i otwiera drogę do projektowania nowatorskich kompozycji o ulepszonych funkcjonalnościach na potrzeby różnorodnych rozwiązań technologicznych.
Z artykułem Origin of Polarization in Bismuth Sodium Titanate-Based Ceramics można się zapoznać na stronie https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c13927.
Źródło: Politechnika Warszawska