Domínios ferroelétricos em cerâmicas e materiais nanoestruturados: investigação por microscopia de piezoresposta

Neste trabalho, investigou-se em nanoescala a estrutura de dominios ferroeletricos por Microscopia de Piezoresposta (PFM). Para isto, um Microscopio de Forca Atomica (AFM) foi modificado para usa-lo como PFM em temperatura ambiente e em altas temperaturas. Foram utilizadas ceramicas ferroeletricas nas formas de corpos ceramicos de Pb(Zr0,40Ti0,60)O3 (PZT 40/60) e (Pb0,79La0,21)TiO3 (PLT 21) produzidas por metodos convencionais. Os materiais nanoestruturados de Pb(Zr0,40Ti0,60)O3 (PZT 40/60) e Pb(Zr0,20Ti0,80)O3 (PZT 20/80) preparados, respectivamente, por RF-Sputtering e pelo metodo dos precursores oxidos tambem foram estudados. Na ceramica de PZT 40/60, foi observado o padrao de dominios ferroeletricos na configuracao de twins e construido um modelo tridimensional de sua estrutura. O comportamento da polarizacao atraves das paredes de dominios de 180o e 90o foi investigado e as larguras das paredes de dominios foram estimadas em cerca de 29 nm e 75 nm, respectivamente. Nas amostras nanoestruturadas de PZT 40/60 e PZT 20/80, ciclos remanescentes de histerese piezoeletrica obtidos por medidas locais sobre diferentes graos revelaram uma forte influencia entre a orientacao cristalografica e a polarizacao remanescente em cada grao. Estudos da reorientacao da polarizacao realizados por litografia ferroeletrica em PFM revelaram que a componente vertical da polarizacao no material depende apenas do sentido vertical do campo eletrico aplicado enquanto que a componente paralela a superficie da amostra depende do movimento da ponteira sobre sua superficie. Isto permitiu estabelecer um procedimento para controlar a orientacao destas duas componentes no material. Foi acompanhada por imagens de PFM a evolucao dos dominios ferroeletricos da ceramica de PLT 21 (TC ~ 125oC) em altas temperaturas. A superficie da amostra apresentou caracteristicas ferroeletricas mesmo na temperatura de 142oC. Os resultados mostraram que a intensidade da polarizacao nas regioes com um padrao de dominios diminuiu com o aumento de temperatura.In this work, ferroelectric domain structure was investigated by Piezoresponse Force Microscopy (PFM). To this, an Atomic Force Microscope (AFM) has been modified to use it as PFM at room temperature and at high temperatures. Ferroelectric ceramics were used in the as bulk ceramic samples of Pb(Zr0,40Ti0,60)O3 (PZT 40/60) and (Pb0,79La0,21)TiO3 (PLT 21) produced by conventional methods. Nanostructured materials of Pb(Zr0,40Ti0,60)O3 (PZT 40/60) and Pb(Zr0,20Ti0,80)O3 (PZT 20/80) prepared respectively by sputtering and oxide precursors method were also studied. In a bulk ceramic PZT 40/60 was observed patterns of ferroelectric domain in twins configuration and built a three-dimensional model of its structure. The behavior of the polarization through the domain walls of 90o and 180o was investigated and widths of domains walls were estimated to be about 29 nm and 75 nm, respectively. In nanostructured samples PZT 40/60 and PZT 20/80, piezoelectric hysteresis remaining cycles, obtained by local measurements on different grains, shown a strong influence between the crystallographic orientation and the remanent polarization in each grain. Studies of polarization reorienting performed by ferroelectric lithography PFM revealed that the vertical component of the polarized material depends only on the vertical direction of the applied electric field, while the component parallel to the surface of the sample depends on the movement of the tip on its surface. This allows a procedure to control the orientation of these two components in the material. It was accompanied by images of PFM developments ferroelectric domains of ceramic PLT 21 (TC ~ 125oC) at high temperatures. The surface of the sample showed ferroelectric characteristics even at temperatures of 142C. The results showed that the intensity of the polarization in the regions with a domain pattern decreases with increasing temperature