Influence of Bismuth Content on Complex Immittance Characteristics of Pressureless Sintered BiNbO₄ Ceramics

Goal of the present research was to study immittance properties of BiNbO₄ ceramics fabricated by the solid state reaction route followed by pressureless sintering. Four sets of samples were examined, namely the one fabricated from the stoichiometric mixture of oxides, viz. Bi₂ O₃ and Nb₂ O₅ as well as the ones with an excess of 3%, 5% and 10% by mole of Bi₂ O₃. The immittance properties were studied by impedance spectroscopy. Measurements were carried out within the frequency range ν =20Hz-1MHz and temperature range T =RT-550°C. The Kramers-Kronig data validation test was employed in the impedance data analysis. It was found that complex impedance first increases with an increase in Bi₂ O₃ content and decreases for 10mol% excess of Bi₂ O₃. Two relaxation phenomena manifested themselves at elevated temperature (T>267°C) within the measuring frequency range. The conductivity relaxation phenomenon (M″(ν) spectra) took place at higher frequency than the phenomenon with dominant resistive component (Z″(ν) spectra).

Celem niniejszej pracy było zbadanie właściwości immitancyjnych ceramiki BiNbO₄ wytworzonej metodą reakcji w fazie stałej i spiekania swobodnego. Badaniom poddano cztery zestawy próbek wytworzonych ze stechiometrycznej mieszaniny tlenków Bi₂ O₃ i Nb2O5 oraz mieszaniny zawierajacej nadmiar Bi₂ O₃ w ilości 3, 5 i 10% molowych. Badania przeprowadzono z zastosowaniem spektroskopii impedancyjnej. Pomiary dokonano w zakresie częstotliwości ν =20Hz-1MHz i temperatury T =RT-550°C. Do analizy zgodności danych pomiarowych zastosowano test Kramersa-Kroniga. Stwierdzono, że ze wzrostem zawartości Bi₂ O₃ w mieszaninie do 5% molowych wzrasta impedancja próbek, która dla 10% molowych maleje poniżej wartości zarejestrowanej dla BiNbO₄ bez nadmiaru Bi₂ O₃. Zaobserwowano obecność dwóch procesów relaksacyjnych w temperaturze T>267°C. Stwierdzono, że zjawisko relaksacji przewodnictwa (widma M″(ν)) zachodzi w wyższej częstotliwości niż zjawisko z dominującą składową rezystywną (widma Z″(ν)).