Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Feb 2002)
Ajuste teórico de las curvas PTCR de BaTiO<sub>3</sub> dopado con niobio
Abstract
In this work, a theoretical fitting to the experimental PTCR effect in slightly Nb-doped BaTiO3 from the Heywang-Jonker model is simulated. Besides, a qualitative approach was used to evaluate the GBBL characteristics of strongly Nb - doped BaTiO3. In both cases, a link between the electrical properties and the defect profile developed in these based - BaTiO3 ceramics was established. From the results, good agreement between experimental and calculated results was obtained for the PTCR ceramics. Asmall increment in Nb2O5 concentration leads to an increasing in the concentration of occupied acceptor states, the energy of the surface state and also the barrier height. In these cases, microstructural observations shown an important grain growth with average grain size between 10 and 100μm. EPR results clearly indicate low concentration of cationic vacancies for these materials. This phenomenon is associated to a charge-compensation mechanism in slightly-doped BaTiO3, that result in a semiconducting behaviour. On the other hand, the electrical behaviour of strongly–doped BaTiO3 moves away from the PTCR effect, and the material becomes insulating with noticeable GBBL characteristics. In this case, microstructural observations along defect structure analysis encourage the hypothesis in which barium vacancies act as acceptor at grain boundaries and play and important role in restricting grain growth of Nb2O5-BaTiO3 ceramics.En este trabajo se determinó la influencia de la concentración de Nb2O5 sobre el comportamiento PTCR de cerámicos basados en BaTiO3. Por otra parte, se estudió el impacto de una gran concentración del dopante sobre el comportamiento GBBL del BaTiO3. En ambos casos, se estableció una relación entre las propiedades eléctricas observadas y la estructura de defectos iónicos desarrollada. La aplicación del modelo de Heywang-Jonker permite el ajuste teórico de las curvas de resistividad – temperatura de los cerámicos PTCR estudiados. Se determinó que la incorporación de concentraciones crecientes de Nb2O5 se traduce en un incremento de la densidad de estados aceptores, en la energía de estados superficiales y en la altura de la barrera de potencial a temperatura ambiente. En estos materiales, la presencia de un mecanismo de compensación de cargas electrónico en granos que han alcanzado un gran desarrollo, origina un comportamiento tipo semiconductor. Sin embargo, la incorporación de altas concentraciones de Nb2O5 provoca una alejamiento del comportamiento PTCR y el material exhibe un efecto NTCR junto con fuertes características GBBL (grain boundary – barrier layer). Las observaciones microscópicas y el análisis de la estructura de defectos iónicos respaldan la hipótesis en la que las vacantes de bario actúan como estados aceptores y ejercen un importante rol en la inhibición del crecimiento de grano durante el sinterizado del BaTiO3 dopado con Nb2O5.
