Often, addition of BiMO3 to BaTiO3 (BT) leads to improvement in resistivity with a simultaneous shift to n‐type conduction from p‐type for BT. In considering one specific BiMO3 composition, that is, Bi(Zn1/2Ti1/2)O3 (BZT), several prospective candidates for the origin of this n‐type behavior in BT‐BZT were studied—loss of volatile cations, oxygen vacancies, bismuth present in multiple valence states and precipitation of secondary phases. Combined x‐ray and neutron diffraction, prompt gamma neutron activation analysis and electron energy loss spectroscopy suggested much higher oxygen vacancy concentration in BT‐BZT ceramics (>4%) as compared to BT alone. X‐ray photoelectron spectroscopy and x‐ray absorption spectroscopy did not suggest the presence of bismuth in multiple valence states. At the same time, using transmission electron microscopy, some minor secondary phases were observed, whose compositions were such that they could result in effective donor doping in BT‐BZT ceramics. Using experimentally determined thermodynamic parameters for BT and slopes of Kroger‐Vink plots, it has been suggested that an ionic compensation mechanism is prevalent in these ceramics instead of electronic compensation. These ionic defects have an effect of shifting the conductivity minimum in the Kroger‐Vink plots to higher oxygen partial pressure values in BT‐BZT ceramics as compared to BT, resulting in a significantly higher resistivity values in air atmosphere and n‐type behavior. This provides an important tool to tailor transport properties and defects in BT‐BiMO3 ceramics, to make them better suited for dielectric or other applications.

中文翻译：

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BaTiO3 -BiM O3 陶瓷的缺陷机理

通常，将 BiMO3 添加到 BaTiO3 (BT) 中会导致电阻率的提高，同时 BT 从 p 型传导到 n 型传导。在考虑一种特定的 BiMO3 成分，即 Bi(Zn1/2Ti1/2)O3 (BZT) 时，研究了 BT-BZT 中这种 n 型行为起源的几个潜在候选者——挥发性阳离子的损失、氧空位、铋以多种价态存在并析出第二相。结合 X 射线和中子衍射、瞬发伽马中子活化分析和电子能量损失谱表明，与单独的 BT 相比，BT-BZT 陶瓷中的氧空位浓度 (>4%) 高得多。X 射线光电子能谱和 X 射线吸收光谱没有表明存在多价态的铋。同时，利用透射电子显微镜，观察到一些次要的第二相，它们的组成使得它们可以在 BT-BZT 陶瓷中产生有效的供体掺杂。使用实验确定的 BT 热力学参数和 Kroger-Vink 图的斜率，有人认为这些陶瓷中普遍存在离子补偿机制而不是电子补偿机制。与 BT 相比，这些离子缺陷会使 Kroger-Vink 图中的电导率最小值移动到更高的氧分压值，从而导致空气气氛和 n 型行为中的电阻率值显着更高。这为调整 BT-BiMO3 陶瓷的传输特性和缺陷提供了重要工具，使其更适合电介质或其他应用。其成分使得它们可以在 BT-BZT 陶瓷中产生有效的供体掺杂。使用实验确定的 BT 热力学参数和 Kroger-Vink 图的斜率，有人认为这些陶瓷中普遍存在离子补偿机制而不是电子补偿机制。与 BT 相比，这些离子缺陷会使 Kroger-Vink 图中的电导率最小值移动到更高的氧分压值，从而导致空气气氛和 n 型行为中的电阻率值显着更高。这为调整 BT-BiMO3 陶瓷的传输特性和缺陷提供了重要工具，使其更适合电介质或其他应用。其成分使得它们可以在 BT-BZT 陶瓷中产生有效的供体掺杂。使用实验确定的 BT 热力学参数和 Kroger-Vink 图的斜率，有人认为这些陶瓷中普遍存在离子补偿机制而不是电子补偿机制。与 BT 相比，这些离子缺陷会使 Kroger-Vink 图中的电导率最小值移动到更高的氧分压值，从而导致空气气氛和 n 型行为中的电阻率值显着更高。这为调整 BT-BiMO3 陶瓷的传输特性和缺陷提供了重要工具，使其更适合电介质或其他应用。使用实验确定的 BT 热力学参数和 Kroger-Vink 图的斜率，有人认为这些陶瓷中普遍存在离子补偿机制而不是电子补偿机制。与 BT 相比，这些离子缺陷会使 Kroger-Vink 图中的电导率最小值移动到更高的氧分压值，从而导致空气气氛和 n 型行为中的电阻率值显着更高。这为调整 BT-BiMO3 陶瓷的传输特性和缺陷提供了重要工具，使其更适合电介质或其他应用。使用实验确定的 BT 热力学参数和 Kroger-Vink 图的斜率，有人认为这些陶瓷中普遍存在离子补偿机制而不是电子补偿机制。与 BT 相比，这些离子缺陷会使 Kroger-Vink 图中的电导率最小值移动到更高的氧分压值，从而导致空气气氛和 n 型行为中的电阻率值显着更高。这为调整 BT-BiMO3 陶瓷的传输特性和缺陷提供了重要工具，使其更适合电介质或其他应用。与 BT 相比，这些离子缺陷会使 Kroger-Vink 图中的电导率最小值移动到更高的氧分压值，从而导致空气气氛和 n 型行为中的电阻率值显着更高。这为调整 BT-BiMO3 陶瓷的传输特性和缺陷提供了重要工具，使其更适合电介质或其他应用。与 BT 相比，这些离子缺陷会使 Kroger-Vink 图中的电导率最小值移动到更高的氧分压值，从而导致空气气氛和 n 型行为中的电阻率值显着更高。这为调整 BT-BiMO3 陶瓷的传输特性和缺陷提供了重要工具，使其更适合电介质或其他应用。