Li, L., Li, M., Reaney, I.M. et al. (1 more author) (2017) Mixed ionic-electronic conduction in K1/2Bi1/2TiO3. Journal of Materials Chemistry C, 5 (25). pp. 6300-6310. ISSN 2050-7526
Abstract
Recently, it has been reported that the Pb-free piezoelectric perovskite Na1/2Bi1/2TiO3 (NBT) can be compositionally tuned by close control of the A-site starting stoichiometry to exhibit high levels of oxide-ion conduction. The related K1/2Bi1/2TiO3 (KBT) perovskite has also drawn considerable interest as a promising Pb-free piezoelectric material; however, its conduction properties have been less extensively investigated. Here we report on the influence of the K/Bi ratio in the starting composition on the electrical properties using a combination of impedance spectroscopy and ion-transport property measurements. KBT ceramics exhibit mixed ionic–electronic (oxide-ion) conduction with tion ∼ 0.5 at 600–800 °C and although variations in the A-site starting stoichiometry can create a ∼1 order of magnitude difference in the bulk conductivity at >500 °C, the conductivity is low (ca. 0.1 to 1 mS cm−1 at 700 °C) and the activation energy for bulk conduction remains in the range ∼1.2 to 1.5 eV. The high temperature electrical transport properties of KBT are therefore much less sensitive to the starting A-site stoichiometry as compared to NBT. However, KBT ceramics exhibit non-negligible proton conduction at lower temperatures (<300 °C). For K/Bi ≥ 1 the total conductivity of KBT ceramics at room temperature can be as high as ∼0.1 mS cm−1 under wet atmospheric conditions. This study demonstrates ionic conduction to be a common feature in A1/2Bi1/2TiO3 perovskites, where A = Na, K.
Metadata
Authors/Creators: |
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Copyright, Publisher and Additional Information: | © The Royal Society of Chemistry. This article is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported Licence https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dates: |
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Institution: | The University of Sheffield | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Academic Units: | The University of Sheffield > Faculty of Engineering (Sheffield) > Department of Materials Science and Engineering (Sheffield) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Funding Information: |
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Depositing User: | Symplectic Sheffield | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Date Deposited: | 27 Jul 2017 15:47 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Last Modified: | 27 Jul 2017 15:53 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Published Version: | https://doi.org/10.1039/c7tc01786c | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Publisher: | Royal Society of Chemistry | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Refereed: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Identification Number: | https://doi.org/10.1039/c7tc01786c | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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