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  5. Fermi level limitation in Na₁/₂ Bi₁/₂ TiO₃–BaTiO₃ piezoceramics by electrochemical reduction of Bi
 
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2024
Zweitveröffentlichung
Artikel
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Fermi level limitation in Na₁/₂ Bi₁/₂ TiO₃–BaTiO₃ piezoceramics by electrochemical reduction of Bi

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TUDa URI
tuda/13797
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-300665
DOI
10.26083/tuprints-00030066
Autor:innen
Hu, Pengcheng ORCID 0009-0005-2512-1321
Huang, Binxiang ORCID 0000-0002-6449-2847
Bremecker, Daniel ORCID 0000-0002-8045-025X
Koruza, Jurij ORCID 0000-0002-0258-6709
Albe, Karsten ORCID 0000-0003-4669-8056
Klein, Andreas ORCID 0000-0001-7463-1495
Kurzbeschreibung (Abstract)

The (electro)chemical stability of undoped and Zn-doped 0.94Na₁⸝₂ Bi₁⸝₂ TiO₃–BaTiO₃–0.06BaTiO₃ lead-free piezoceramics (NBT–6BT) was studied. For this purpose, the Fermi level at the interface between NBT–6BT and Sn-doped In₂O₃ (ITO) electrode is varied by gradually reducing the ITO film either by annealing in vacuum or by applying a voltage across a Pt/NBT–6BT/ITO. The chemical and electronic changes are monitored in situ by x-ray photoelectron spectroscopy. The experiments reveal the formation of metallic Bi when the Fermi level is reaching a value of 2.23 ± 0.10 eV above the valence band maximum, while no reduction of Ti is observed. The electrochemical reduction of Bi constitutes an upper limit of the Fermi level at ≈1 eV below the conduction band minimum. High electron concentrations in the conduction band and a contribution of free electrons to the electrical conductivity of NBT–6BT can, therefore, be excluded. The reduction occurs for an ITO work function of 4.2–4.3 eV. As typical electrode materials such as Ag, Cu, Ni, or Pt have higher work functions, an electrochemical instability of the electrode interfaces in ceramic capacitors is not expected. Under the given experimental conditions (350 °C, electric fields <40 V/mm), no degradation of resistance and no enrichment of Na at the interface are observed.

Freie Schlagworte

Condensed matter elec...

Electrical conductivi...

Ionic conductivity

Electronic band struc...

Work functions

Annealing

X-ray photoelectron s...

Ceramics

Defect diffusion

Electrochemistry

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Elektronenstruktur von Materialien
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Materialmodellierung
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Nichtmetallisch-Anorganische Werkstoffe (2025 umbenannt in "Fachgebiet Funktionskeramiken")
DDC
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Journal of Applied Physics
Jahrgang der Zeitschrift
136
Heftnummer der Zeitschrift
11
ISSN
1089-7550
Verlag
AIP Publishing
Ort der Erstveröffentlichung
Melville, NY
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2024
Verlags-DOI
10.1063/5.0227698
PPN
530286076
Artikel-ID
114101

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