Mecanosíntesis y caracterización de los materiales multiferroicos nanoestructurados Bi(1-x)RxFeO3 (R=La, Y)

Abstract

En la presente tesis doctoral se aborda la preparación, por métodos mecanoquímicos, de materiales multiferroicos, entendiéndose por materiales multiferroicos aquellos que presentan al menos dos de las denominadas propiedades ferroicas: ferroelectricidad, ferromagnetismo y ferroelasticidad. En particular se ha abordado la síntesis de los óxidos mixtos con estructura perovskita: BiFeO3, Bi1-xYxFeO3, Bi1-xLaxFeO3, éste último en todo el rango de composiciones. Así, se han obtenido materiales nanoestructurados con estructura perovskita pura y con microestructuras controladas mediante la selección de las condiciones de molienda, en particular la potencia. Se ha prestado especial interés al estudio del mecanismo de la reacción mecanoquímica, con el objetivo de clarificar los distintos procesos involucrados y la repercusión de las condiciones de molienda en los productos. Se ha realizado un estudio de las condiciones de sinterización de los polvos cerámicos preparados utilizando tanto condiciones convencionales como spark plasma sintering. Así, se han podido preparar cerámicas densas con fases puras. En el caso de la utilización de la técnica de spark plasma sintering, se han obtenido nanocerámicas con granos en el rango de los nanómetros, mientras que cuando se usaron condiciones convencionales los granos resultaron micrométricos. Los materiales preparados se han caracterizado en cuanto a su estructura, utilizando técnicas de difracción de rayos-X y ajuste Rietveld de los difractogramas resultantes; composición química, mediante fluorescencia de rayos-X, técnicas de electrones dispersados y espectroscopía de fotoelectrones; y microestructura, mediante microscopía electrónica de barrido y transmisión. Las transiciones ferroelécticas y magnéticas se han caracterizado mediante calorimetría diferencial de barrido. Métodos de análisis térmico se han empleado para caracterizar las transiciones térmicas de alta temperatura, prestando especial atención al posible carácter cinético de las mismas y a la influencia de las condiciones experimentales. En el caso de la transición beta-gamma que tiene lugar en el BiFeO3, se ha realizado un estudio cinético de la misma, proponiéndose un nuevo método de análisis cinético. Finalmente, el comportamiento eléctrico de los materiales en función de la temperatura se ha estudiado utilizando espectroscopía de impedancia compleja.