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Erschienen in: Journal of Materials Science 14/2021

08.02.2021 | Ceramics

Fabrication of bismuth silicate Bi2SiO5 ceramics as a potential high-temperature dielectric material

verfasst von: Kengo Sakamoto, Manabu Hagiwara, Hiroki Taniguchi, Shinobu Fujihara

Erschienen in: Journal of Materials Science | Ausgabe 14/2021

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Abstract

Bismuth silicate Bi2SiO5 (BSO) is known as an interesting new type of ferroelectric oxide; however, bulk ceramics of BSO have never been obtained because it easily decomposes at high temperature. In this study, we fabricated BSO ceramics for the first time using a sol–gel technique and investigated their potential as a dielectric material for high-temperature capacitor applications. A precursor powder was prepared by a sol–gel synthesis route using tetraethyl orthosilicate and bismuth nitrate pentahydrate as raw materials and then sintered under a small uniaxial pressure of 5 MPa with an addition of CH3COOLi as a sintering aid. A BSO ceramic with the highest relative density of 88.5% was obtained at a very low sintering temperature of 620 °C with preventing significant thermal decomposition. A crystal structure analysis revealed that the obtained BSO ceramic belongs to the ferroelectric monoclinic phase. The dielectric permittivity of the ceramic showed a superior temperature stability (± 5%) at temperatures up to 200 °C, followed by a sharp peak attributed to the ferroelectric–paraelectric phase transition at around 390 °C. The BSO ceramic also showed slim and pinched polarization hysteresis loops due to the random grain orientation and domain wall clamping, leading to a high energy storage efficiency over 75% at temperatures up to 100 °C.

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Literatur
10.
11.
16.
38.
Zurück zum Zitat Dimitriev Y, Krupchanska M, Ivanova Y, Staneva A (2010) Sol–gel synthesis of materials in the system Bi2O3–SiO2. J Univ Chem Technol Metall 45:39–42 Dimitriev Y, Krupchanska M, Ivanova Y, Staneva A (2010) Sol–gel synthesis of materials in the system Bi2O3–SiO2. J Univ Chem Technol Metall 45:39–42
42.
Metadaten
Titel
Fabrication of bismuth silicate Bi2SiO5 ceramics as a potential high-temperature dielectric material
verfasst von
Kengo Sakamoto
Manabu Hagiwara
Hiroki Taniguchi
Shinobu Fujihara
Publikationsdatum
08.02.2021
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science / Ausgabe 14/2021
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-021-05849-7

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