Formation of compounds based on bismuth ferrite with partial substitution of bismuth ions by lanthanum and praseodymium

Abstract

Using the solid-phase reaction method we obtained bismuth ferrite based compounds generated by partial substitution of bismuth ions with rare earth metal ions (lanthanum and praseodymium). We used thermogravimetric analysis and X-ray analysis at the temperature range from 297 to 1123 K to study the peculiarities of the processes of phase formation of reaction-products synthesis in the systems which contain oxides of iron, bismuth, lanthanum, and praseodymium; their compositions were also determined. For the final synthesis temperature of 1123 K we determined a homogeneous concentration area, where bismuth ferrite solid solutions with the structure of distorted perovskite exist. We studied the influence of lanthanum and praseodymium oxides on phase composition of bismuth ferrite compounds in the process of isovalent alloying of a part of bismuth ions by lanthanum and praseodymium ions. In the frequency range of 20 Hz – 1 MHz we determined the key parameters, which characterize electrical and magnetic properties of perovskite-like phases. We found that for the considered samples the frequency dependencies of complex magnetic permeability and electrical parameters (real and alleged part of permittivity) are of almost the same type. We showed that for the given frequency range both electrical (complex permittivity) and magnetic (complex magnetic permeability) parameters decrease with the frequency increase. Методом твердофазной реакции получены соединения на основе феррита висмута, образующиеся при частичном замещении ионов висмута ионами редкоземельных металлов – лантана и празеодима. В интервале температур от 297 до 1123 K методами термогравиметрического и рентгеновского анализа исследованы особенности процессов фазообразования синтеза продуктов реакций в системах, содержащих оксиды железа, висмута, лантана и празеодима, определены их составы. Для конечной температуры синтеза 1123 K выявлена гомогенная концентрационная область существования твердых растворов феррита висмута, имеющих структуру искаженного перовскита. Изучено влияние оксидов лантана и празеодима на фазовый состав соединений феррита висмута при изовалентном легировании части ионов висмута ионами лантана и празеодима. В частотном диапазоне (20 Гц – 1 МГц) установлены основные параметры, характеризующие электрические и магнитные свойства перовскитоподобных фаз. Установлено, что характер частотной зависимости комплексной магнитной проницаемости исследуемых образцов существенно не отличается от частотной зависимости электрических параметров (вещественной и мнимой части диэлектрической проницаемости). Показано, что во всем заданном диапазоне наблюдается уменьшение как электрических (комплексной диэлектрической проницаемости), так и магнитных параметров (комплексной магнитной проницаемости) с ростом частоты.