V članku je opisan vpliv dopiranja z 1 mol% CoO in različnimi količinami Nb2O5 (0.1 – 2 mol%) na nastanek dvojčkov, razvoj mikrostrukture in električne lastnosti keramike na osnovi kasiterita (rutilna struktura). Dodatek Nb2O5 zamakne zgoščevanje do 1430°C ter povzroči nastanek mikrostrukture, ki so sestavljajo zdvojčena zrna kasiterita. Pri najnižjem dodatku (0.1 mol%) Nb-oksida so zaradi najhitrejših difuzijskih procesov po mejah med zrni (DIGM) končna zrna kasiterita največja. Z višjimi dodatki se povprečna velikost zrn manjša, v zrnih pa je vedno več dvojčkov. Poleg kontaktnih dvojčkov nastanejo tudi ciklični dvojčki. HAADF-STEM analiza dvojčnih mej je pokazala, lokalno obogatitev s Co in Nb vzdolž dvojčnih mej, vendar pa dopanta nista urejena v kontaktni ravnini. To nakazuje, da prisotnosti Co in Nb ni neposreden vzrok za nastanek dvojčkov, ampak je dvojčenje nastanek dvojčkov posledica sekvence še nepojasnjenih topotaksialnih reakcij. Na podlagi EDS analiz zrn smo določili mehanizem kompenzacije naboja v kasiteritu, dopiranem z aliovalentima dopantoma Co2+ in Nb5+. Izkazalo se je, da sta v kasiteritu oba dopanta prisotna v razmerju 1:4, kar nakazuje, da se naboj kompenzira po sledečem mehanizmu 6Sn(IV) (-) Sn(II) + Co(II) + 4 Nb(V). Optimalne varistorske lastnosti smo določili pri dodatku 1 mol% Nb2O5.
COBISS.SI-ID: 30844711
Raziskovali smo vpliv dopiranja z donorskim pentavalentnim dopantom Ta2O5 na razvoj mikrostrukture, dvojčenje in električne lastnosti keramike na osnovi kasiterita. Ugotovili smo, da že nizki dodatki tantala učinkovito znižajo poroznost, izboljšajo zgoščevanje in povzročijo hitro rast zrn kasiterita, ki so okoli trikrat večja kot v nedopirani keramiki. Keramika s takšno mikrostrukturo ima odlične dielektrične lastnosti. Količina sekundarne spinelne faze se zmanjša zaradi hkratnega vgrajevanja obeh aliovalentnih dopantov Co2+ in Ta5+ v strukturo SnO2. Pri višjih dodatkih Ta-oksida pride do segregacije Ta po mejah med zrni, kar oteži difuzijo in vpliva na manjšo velikost kasiteritnih zrn. takšna keramika ima boljše varistorske lastnosti. TEM/EDS analize so pokazale, da se Co in Ta v zrna SnO2 vgrajujeta v razmerju 1:2, kar pomeni, da se pri dopiranju s Ta-oksidon v kasiterit vgradi manj pentavalentnega dopanta, kot pri dodatku, Nb2O5. Zato smo za ta sistem predlagali drugačen mehanizem kompenzacije naboja, in sicer 3Sn(IV) (-) Co(II) + 2Nb(V).
COBISS.SI-ID: 32686887
Na podlagi mehanizma kompenzacije naboja v vzorcih na osnovi SnO2-CoO smo izboljšali zgoščevanje in izdelali keramiko v kateri velik delež zrn vsebuje kontaktne in ciklične dvojčke. Takšna keramika ima bistveno izboljšane električne lastnosti. Kvantitativna TEM/EDS analiza je pokazala konstantno razmerje Co:Ta (1:2) v kasiteritnih zrnih ter segregacijo majhne količine tantala po mejah med zrni. Električne in dielektrične lastnosti keramike so močno odvisne od dodatka Ta2O5. Pri 1 mol% dodatka je mikrostruktura gosta in drobnozrnata ter ima odlične varistorske lastnosti za katero je značilen visok koeficient nelinearnosti 40, nizek tok puščanja (IL=1.2 mikroA) ter prebojna napetost ~ 270 V/mm. Po drugi strani imajo vzorci z nizkimi dodatki Ta-oksida, pri katerih je keramika grobozrnata odlične dielektrične lastnosti s permitivnostjo 6525 pri dodatku 0.1 mol% Ta2O5.
COBISS.SI-ID: 13414147