Syntéza a charakterizace monokrystalických perovskitů (Ba,Ca)TiO3

Abstract

This work focuses on the synthesis and comprehensive characterization of single-crystal perovskites of the Ba1−xCaxTiO3 system with the aim of studying their structural and physical properties as a function of chemical composition. The motivation is to find lead-free alternatives to traditional ferroelectrics with applicable dielectric and piezo- electric parameters. Single crystals of the studied materials were prepared using a new method involving a stoichiometric mixture of starting materials and the floating hot zone technique. Unlike the conventional method, this approach eliminates the need for the complex preparation of a polycrystalline precursor with nominal stoichiometry. The prepared single crystals were analyzed using X-ray diffraction, synchrotron diffraction, electron microscopy, X-ray spectroscopy, specific heat measurements, and dielectric prop- erty measurements. The results show that Ca substitution significantly affects the crystal structure, lattice parameters, and temperatures of structural phase transitions. The re- sults demonstrate the applicability of the new preparation method and contribute to a deeper understanding of the properties of lead-free Ba1−xCaxTiO3 ferroelectrics.

Práce se zabývá syntézou a zevrubnou charakterizací monokrystalických perovskitů sys- tému Ba1−xCaxTiO3 s cílem studovat jejich strukturní a fyzikální vlastnosti v závislosti na chemickém složení. Motivací je hledání bezolovnatých alternativ k tradičním feroelektri- kům s aplikačně zajímavými dielektrickými a piezoelektrickými parametry. Monokrystaly studovaných materiálů byly připraveny novou metodou využívající stechiometrickou směs výchozích látek a techniku plovoucí horké zóny. Oproti konvenčnímu postupu odpadá nut- nost složité přípravy polykrystalického prekurzoru o nominální stechiometrii. Připravené monokrystaly byly analyzovány metodami rentgenové difrakce, synchrotronové difrakce, elektronové mikroskopie, rentgenové spektroskopie, měření měrného tepla a dielektrických vlastností. Výsledky ukazují, že substituce Ca významně ovlivňuje krystalovou strukturu, mřížové parametry i teploty strukturních fázových přechodů. Výsledky dokládají použi- telnost nového receptu přípravy a zároveň přispívají k hlubšímu pochopení vlastností bezolovnatých feroelektrik Ba1−xCaxTiO3.