Note publique d'information : L’objectif de ce travail était l’étude de l’effet de la taille des grains de céramiques
à base d’oxyde de bismuth sur les propriétés de conduction ionique. Avec pour objectif
la préparation de céramiques denses avec des grains de taille nanométrique, des poudres
de composition (Bi2O3)0.75(Dy2O3)0.25, (Bi2O3)0.75(Er2O3)0.25, (Bi2O3)0.75(Y2O3)0.25
et (Bi2O3)0.75(Er2O3)0.125(Y2O3)0.125 ont été préparées avec succès par une méthode
de dosage en retour. Des poudres avec des grains mono-cristallins d’environ 20 nm
ont été obtenues, à partir desquelles, des céramiques denses ont ensuite été préparées
par frittage conventionnel et par « Spark Plasma Sintering ». Par les deux méthodes,
des céramiques de densités relatives supérieures à 94% sont obtenues. Par SPS, la
taille des grains est de 20nm seulement. Elle varie de 60 à 500nm par frittage conventionnel
pour lequel une croissance des grains contrôlée par le transport de matière aux joints
de grain est démontrée.L’effet de la taille des grains sur la conductivité a finalement
été étudié par spectroscopie d’impédance. Une diminution de la conductivité avec la
taille des grains est généralement observée, probablement due au caractère bloquant
des joints de grain. En revanche, la composition (Bi2O3)0.75(Dy2O3)0.25 avec des grains
de 22nm présente des conductivités au dessus de celles de la céramique de même composition
avec des grains de 62nm et une meilleure séparation des réponses dues aux grains et
aux joints de grains. Pour des tailles de grains aussi faibles, les couches d’espace
de charge entre les grains ne peuvent plus être négligées et le phénomène observé
est probablement dû à une augmentation de la conductivité dans ces couches.
Note publique d'information : The aim of this work was the study of the effect of the grain size of bismuth based
oxide ceramics on the ionic properties. With the aim to prepare dense ceramics with
controlled grain size at the nano-scale, nano-powders of (Bi2O3)0.75(Dy2O3)0.25, (Bi2O3)0.75(Er2O3)0.25,
(Bi2O3)0.75(Y2O3)0.25 and (Bi2O3)0.75(Er2O3)0.125(Y2O3)0.125 compositions were successfully
prepared by a reverse chemical titration method. As shown by XRD and TEM, after annealing
for 3 hours at 500°C, powders with single crystal grains with size of about 20nm were
obtained. At that stage, a b-form was evidenced for all compositions.Then, conditions
of sintering were optimized. Two techniques were used: pressureless sintering in a
conventional furnace and Spark Plasma Sintering (SPS). In both methods, it led to
ceramics with relative density higher than 94%. The grain size was only 20nm by SPS.
It ranges from 60nm to 500nm by conventional sintering, for which it was shown that
the grain growth was controlled by mass transport through the grain boundaries. The
effect of grain size on total ionic conductivity was studied by impedance spectroscopy
for all compositions. For most compositions, a decrease of total ionic conductivity
with grain size was observed due to a predominant blocking effect of grain boundary
when grain size decreases. However (Bi2O3)0.75(Y2O3)0.25 with grain size of 22nm showed
a better conductivity than ceramics with grain size of 62nm and a better separation
of bulk and grain boundary response. At such a low size, the space charge layers effect
between grains can not be neglected anymore and the observed increase in conductivity
is likely the results of an increase of the conductivity in this space charge layers.
paprika.idref.fr
data.idref.fr
Documentation
