@phdthesis{
author = "Živojinović, Jelena A.",
year = "2020",
abstract = "Cilj ove doktorske disertacije je bio da se analizira i sagleda uticaj mehaničke aktivacije nastrukturu i svojstva nedopiranog i dopiranog SrTiO3 praha, kao i uticaj na strukturu i svojstvakeramike dobijene sinterovanjem ispresaka pomenutih prahova. U slučaju sinterovanih nedopiranihSrTiO3 uzoraka dodatno su razmatrane promene u brzini densifikacije i kinetici sinterovanja. Uticajmehaničke aktivacije i dopanta na električna svojstva stroncijum-titanatne keramike je analiziranmerenjem frekventne zavisnosti relativne dielektrične permitivnosti i tangensa ugla dielektričnihgubitaka na sobnoj temperaturi. Magnetnim merenjima, kod dopiranih SrTiO3 uzoraka dobijenihdodavanjem mangan(IV)-oksida, praćen je uticaj mehaničke aktivacije, koncentracije dopanta ijačine magnetnog polja na vrednost specifične magnetizacije.Mehanička aktivacija SrTiO3 praha je vršena u visoko-energetskom planetarnom mlinu sakuglama, pri čemu je vreme aktivacije nedopiranog praha iznosilo: 5, 10, 30, 60, 90 i 120 minuta,dok je efekat dopiranja razmatran za aktivaciju od 10, 30 i 120 minuta. U cilju dobijanja SrTiO3:Mnsistema, tipa Sr1-xMnxTiO3 (SMnT) ili SrTi1-xMnxO3 (STMn), u polazni SrTiO3 prah je dodatmangan(IV)-oksid (MnO2), pri čemu su izabrane vrednosti za x bile: 0,03, 0,06 i 0,12. Raspodelaveličina čestica je ukazala da je mehanička aktivacija dovela do usitnjavanja čestica polaznog praha,uz istovremenu pojavu šire raspodele veličina čestica pri dužim vremenima aktivacije.Skenirajućom i transmisionom elektronskom mikroskopijom (SEM i TEM) analizirana jemikrostruktura i morfologija polaznog i mehanički aktiviranih prahova. BET metodom je utvrđenoda se najviša vrednost specifične površine kod nedopiranih prahova postiže pri aktivaciji u trajanjuod 60 minuta, dok pri daljoj aktivaciji specifična površina ostaje približno konstantne vrednosti,usled povećane sekundarne aglomerizacije. Pokazano je da je gustina ispreska kod prahaaktiviranog tokom 10-30 minuta najveća. Zapaženo je sniženje intenziteta XRD pikova sa porastomvremena aktivacije, kao i širenje difrakcionih linija, usled smanjenja veličine kristalita i porastamikronaprezanja. Primenjena mehanička aktivacija je omogućila formiranje kubnog nanokristalnogSrTiO3 praha, pri čemu veličina kristalita opada i do ~20 nm sa uvećanjem vremena aktivacije.Uočena promena u vrednosti parametra kristalne rešetke a je posredno ukazala i na mogućepromene u koncentraciji kiseonikovih vakancija. Analizom Ramanovih spektara je praćen uticajmehaničke aktivacije na promene u fononskom spektru prahova, sa posebnim akcentom na polarneTO mode, čiji oblik i intenzitet bitno zavise od defekata kao što su kiseonikove vakancije. Analizaoptičkih svojstava kristalnih materijala pomoću UV-Vis spektroskopije je ukazala na sniženjeenergije zabranjene zone sa uvećanjem vremena aktivacije. Primenom dilatometrije je ispitivanuticaj mehaničke aktivacije na početni stadijum sinterovanja dvostrano presovanih SrTiO3 prahova.Uočeno je značajno smanjenje temperature početka skupljanja ispreska, kao i uticaj na brzinuskupljanja i na konačne gustine sinterovanih uzoraka. Primena Dornove metode je ukazala naznačajno smanjenje efektivne energije aktivacije transporta mase u početnom stadijumusinterovanja, sa porastom vremena mehaničke aktivacije polaznog praha. Za uzorke dobijenesinterovanjem do 1300 oC, uz izotermsko zadržavanje na maksimalnoj temperaturi u trajanju od 2h,je izvršena korelacija između zapaženih strukturnih promena i promena u dielektričnim svojstvima,nastalim usled mehaničke aktivacije. Posebna pažnja je posvećena uticaju promena: gustine,poroznosti, veličine zrna i kristalita, kao i uticaju promena parametra kristalne rešetke, nadielektrična svojstva. Promene vrednosti relativne dielektrične permitivnosti su razmatrane i sastanovišta promena u oblasti granice zrna, posebno imajući u vidu rezultate koji su ukazali napromenu koncentracije kiseonikovih vakancija..., The aim of this doctoral dissertation is to analyze and evaluate the effect of mechanicalactivation on the structure and properties of undoped and doped SrTiO3 powders, as well as theeffect on the structure and properties of the ceramics obtained by sintering these powders. For thesintered undoped SrTiO3 samples, changes in the densification rate were also analyzed. The effectof mechanical activation and dopant on the electrical properties of strontium titanate ceramics wasanalyzed by measuring the frequency-dependent relative dielectric permittivity and the loss tangentat room temperature. Magnetic measurements performed on the doped SrTiO3 samples obtained bythe addition of manganese(IV) oxide were used to monitor the influence of mechanical activation,dopant concentration and magnetic field strength on magnetization.The mechanical activation of the SrTiO3 powder was performed in a high-energy planetaryball mill; the activation times of the undoped powder were: 5, 10, 30, 60, 90, and 120 minutes,while the doping effect was analyzed for the activation periods of 10, 30, and 120 minutes. In orderto obtain SrTiO3:Mn systems belonging to Sr1-xMnxTiO3 (SMnT) or SrTi1-xMnxO3 (STMn)compound types, manganese(IV) oxide (MnO2) was added to the starting SrTiO3 powder, where thevalues selected for x were: 0.03, 0.06 and 0.12. The particle size distribution indicated thatmechanical activation resulted in the comminution of the starting powder particles, accompaniedwith a wider particle size distribution at longer activation times. The microstructural andmorphological analysis of the starting and mechanically activated powders was performed usingscanning and transmission electron microscopy (SEM and TEM). The BET method revealed that60-minute activation resulted in the highest specific surface area in undoped powders, while furtheractivation led to a relatively constant specific surface due to increased secondary agglomeration.The density of the powder activated for 10-30 minutes was the highest. The intensity of XRD peaksdecreased with longer activation times and diffraction lines broadened due to decreased crystallitesizes and increased microstrain. Mechanical activation led to the formation of cubic nanocrystallineSrTiO3 powder, with the minimum crystallite size of 20 nm. The observed change in the value ofthe crystal lattice parameter indirectly indicated possible changes in the concentration of oxygenvacancies. The analysis of Raman spectra revealed the effect of mechanical activation on thephonon spectrum of powders, with particular emphasis on polar TO modes which shape andintensity generally depend on defects such as oxygen vacancies. The analysis of the opticalproperties of crystalline materials by UV-Vis spectroscopy indicated a correlation betweendecreased band gap energy and increased activation times. The effect of mechanical activation onthe initial stage of sintering of bilaterally pressed SrTiO3 powders was investigated by dilatometry.A significant decrease in the temperature of the onset of densification was observed, as well as theeffect of mechanical activation on the densification rate and on the final density of the sinteredsamples. The application of the Dorn method indicated a significant decrease in the effectiveactivation energy of mass transport in the initial sintering stage, with a longer time of themechanical activation of the starting powder. For the samples obtained by sintering up to 1300 °C,with isothermal retention at the maximum temperature for 2 h, a correlation between the structuralchanges and the changes in dielectric properties resulting from mechanical activation was observed.Particular attention was paid to the effect of changes: density, porosity, grain and crystallite size, as well as the effect of crystal lattice parameter changes on the dielectric properties. The changed values of the relative dielectric permittivity were analyzed in the context of the changes in the grainboundary region, with special respect to the results indicating changes in the oxygen vacancy concentration.",
publisher = "Универзитет у Београду, Технолошко-металуршки факултет",
journal = "Универзитет у Београду",
title = "Uticaj mehaničke aktivacije na strukturu i svojstva stroncijum-titanatne keramike",
url = "https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_dais_9154"
}
