Defect chemistry and conductivity mechanisms in acceptor doped sodium-bismuth titanate (NBT)
受体掺杂钛酸铋钠 (NBT) 的缺陷化学和导电机制
基本信息
- 批准号:281817830
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Research Grants
- 财政年份:2016
- 资助国家:德国
- 起止时间:2015-12-31 至 2019-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The ionic conductivity of the lead-free piezoelectric ceramic sodium-bismuth titanate (NBT) can be significantly enhanced by appropriate acceptor doping. With Mg-doping the ionic conductivity reaches values which are usually obtained for good solid electrolytes used in solid oxide fuel cells (SOFC). The defect chemical properties resulting in this high conductivity are not known so far. Knowledge about the defect chemistry would allow the evaluation whether NBT could be a new material for oxygen ion conductor applications. In this project, the defect chemistry and conductivity mechanisms of acceptor doped NBT will be investigated. Using a systematic approach combining conductivity and diffusion experiments with computer assisted modelling, the origin of the conductivity properties shall be identified. Particularly the high ionic conductivity will be the main focus of the project because it is of high scientific and technological importance.Temperature and oxygen partial pressure dependent impedance spectroscopy and permittivity measurements will allow us to identify the conductivity mechanisms and the contributing defects. 18O-tracer diffusion experiments investigated by Time-of-flight-(TOF)-SIMS will be of high importance for the investigation of the transport of oxygen and its contribution to the overall conductivity. Apart from polycrystalline material single crystals will also be examined to better distinguish between bulk and grain boundary contribution. Enthalpy of formation and migration of intrinsic defects (mainly O- and Bi-vacancies) will be determined with the help of electronic structure calculations on the basis of density functional theory. The association of these defects with dopants are calculated to predict activation energies for O-migration. Together with the experimentally obtained information a consistent picture of the defect chemistry and defect kinetics of NBT shall be revealed.
通过适当的受体掺杂,可以显着增强无铅压电陶瓷钠钛酸钠(NBT)的离子电导率。使用MG掺杂,离子电导率达到了通常用于固体氧化物燃料电池(SOFC)中使用的良好固体电解质的值。到目前为止,尚不清楚导致这种高电导率的缺陷化学特性。关于缺陷化学的知识将允许评估NBT是否可以成为氧气导体应用的新材料。在该项目中,将研究受体掺杂NBT的缺陷化学和电导率机制。使用将电导率和扩散实验与计算机辅助建模相结合的系统方法,应确定电导率属性的起源。特别是高离子电导率将是该项目的主要重点,因为它具有很高的科学和技术重要性。培养和氧局部压力依赖性阻抗光谱和介电率测量值将使我们能够识别电导率机制和缺陷。通过飞行时间(TOF)-SIMS研究的18o追踪扩散实验对于研究氧的运输及其对整体电导率的贡献将非常重要。除多晶材料外,还将检查单晶,以更好地区分大块和晶界的贡献。内在缺陷的形成和迁移(主要是O-和Bi-vaccances)将根据密度功能理论的帮助来确定电子结构计算。计算这些缺陷与掺杂剂的关联以预测O迁移的激活能。与实验获得的信息一起,应揭示出NBT的缺陷化学和缺陷动力学的一致图。
项目成果
期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Phase transformations in the relaxor Na1/2Bi1/2TiO3 studied by means of density functional theory calculations
- DOI:10.1111/jace.15207
- 发表时间:2018
- 期刊:
- 影响因子:3.9
- 作者:K. Meyer;L. Koch;K. Albe
- 通讯作者:K. Meyer;L. Koch;K. Albe
The fate of aluminium in (Na,Bi)TiO3-based ionic conductors
- DOI:10.1039/d0ta03554h
- 发表时间:2020-09
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:P. Groszewicz;L. Koch;S. Steiner;A. Ayrikyan;K. Webber;T. Frömling;K. Albe;G. Buntkowsky
- 通讯作者:P. Groszewicz;L. Koch;S. Steiner;A. Ayrikyan;K. Webber;T. Frömling;K. Albe;G. Buntkowsky
Structural mechanism behind piezoelectric enhancement in off-stoichiometric Na0.5Bi0.5TiO3 based lead-free piezoceramics
- DOI:10.1016/j.actamat.2018.11.015
- 发表时间:2019-02
- 期刊:
- 影响因子:9.4
- 作者:A. Mishra;D. Khatua;Arnab De;B. Majumdar;T. Frömling;R. Ranjan
- 通讯作者:A. Mishra;D. Khatua;Arnab De;B. Majumdar;T. Frömling;R. Ranjan
The effect of A site non-stoichiometry on 0.94(NayBix)TiO3-0.06BaTiO3
- DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2016.11.045
- 发表时间:2017-04
- 期刊:
- 影响因子:5.7
- 作者:I. Seo;S. Steiner;T. Frömling
- 通讯作者:I. Seo;S. Steiner;T. Frömling
High field electroformation of sodium bismuth titanate and its solid solutions with barium titanate
- DOI:10.1039/d0tc05728b
- 发表时间:2021-03-07
- 期刊:
- 影响因子:6.4
- 作者:Ren, Pengrong;Gehringer, Maximilian;Fromling, Till
- 通讯作者:Fromling, Till
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