بررسي اثر افزودني 3x)Bi2O3.xFe2O-1) بر مقاومت الكتريكي مستقيم فريت منيزيم در دماي محيط

Study of the effect of (1-x)Bi2O3.xFe2O3 additives on room temperature D.C. resistivity of magnesium ferrites

در اين پژوهش فريت منيزيم به همراه افزودني تركيبات اكسيد بيسموت و اكسيد آهن طبق فرمول شيميايي MgFe2O4.[(1-x)Bi2O3.xFe2O3] و به ازاي مقادير 16/0 ،12/ ،08/0 ،04/0 ،02/0 ،00/0x= به روش واكنش در حالت جامد سنتز شد. نمونه‌ها ابتدا به شكل قرص‌هايي با قطر 7/0 سانتي‌متر و ضخامت حدود 3/0 سانتي‌متر تحت فشار پرس تك محوره MPa350 پرس شدند و در اتمسفر هوا و در دماي1050 درجه سانتي‌گراد به مدت 4 ساعت سينتر شدند و به صورت طبيعي تا دماي محيط خنك شدند. طبق نتايج آزمايش پراش پرتو ايكس، تمامي نمونه‌ها به صورت فاز اسپينل مكعبي متبلور شدند و فازهاي ثانويه حاوي اكسيد بيسموت هم مشاهده شد. مقاومت الكتريكي مستقيم فريت منيزيم (سينتر شده در دماي C1400° به مدت چهار ساعت) در دماي محيط، KΩ.cm 6/576 اندازه‌گيري شد. نمونه‌ي 00/0x= داراي بيشترين مقاومت الكتريكي مستقيم در دماي محيط با مقدار MΩ.cm 1/66 و نمونه‌ي 08/0x= از بين نمونه‌هاي حاوي افزودني، داراي كمترين مقدار مقاومت الكتريكي مستقيم در دماي محيط با مقدار MΩ.cm 6/4 بود. حين فرآيند سينتر، فاز مايع غني از اكسيد بيسموت بين دانه‌ها تشكيل مي‌شود كه به عنوان يك سد الكتريكي مانع از حركت حامل‌هاي بار از يك دانه به دانه مجاور مي‌شود. بزرگي اين سد الكتريكي به موقعيت تراز فرمي فاز مايع و فريت منيزيم بستگي دارد. هر قدر اين اختلاف بيشتر باشد انرژي سد الكتريكي افزايش مي‌يابد. نتايج نشان مي دهد كه افزودن اكسيد آهن به فاز مايع منجر به كاهش اختلاف تراز فرمي فاز مايع و فريت منيزيم مي‌شود.

In this research, MgFe2O4 ceramics with [(1-x)Bi2O3.xFe2O3] (x=0.00, 0.04, 0.08, 0.12, 0.16) additives were sintered at 1050 °C for 4 hours in air. X-ray diffraction results of the samples confirmed the formation of the cubic spinel structure, and bismuth-rich secondary phases were also detected. Additionally, MgFe2O4 ceramics without additive were sintered at 1400 °C for 4 hours in the air, and their direct current (D.C.) electrical resistivity was measured to be 576.6 KΩ.cm at room temperature. The sample with x=0.00 showed the highest D.C. electrical resistivity, as high as 66.1 MΩ.cm, and the sample with x=0.08 exhibited the lowest D.C. electrical resistivity, as low as 4.6 MΩ.cm. The formation of a bismuth-rich liquid phase in intergranular spaces during the sintering develops an electrical barrier, thereby impeding the charge carriers transport from one grain to another. The height of the abovementioned electrical barrier depends on the Fermi energy difference of grains and the bismuth-rich phase. The results imply that increasing the Fe2O3 content decreases the Fermi energy difference between the magnesium ferrite grains and the bismuth-rich phase.