Article

 

Zn_x-1Cu_xMn₂O₄ Spinels; Synthesis, Structural Characterization and Electrical Evaluation

 

Francisco Méndez–Martínez,¹ Federico González,² Enrique Lima,¹ Pedro Bosch,¹ and Heriberto Pfeiffer^1*

 

¹ Instituto de Investigaciones en Materiales, Universidad Nacional Autónoma de México, Circuito Exterior, Ciudad Universitaria, Coyoacán 04510, México DF, México. Phone: +52 (55) 56224627; Fax: +52 (55) 56161371. ^*Responsible author: pfeiffer@iim.unam.mx.

² Universidad Autónoma Metropolitana, Iztapalapa, Av. San Rafael Atlixco No. 186 Col. Vicentina, 09340 México D.F., México.

 

Received November 10, 2009
Accepted March 17, 2010

 

Abstract

This work presents the structural characterization and electrical evaluation of Zn_x–1Cu_xMn₂O₄ spinels, which are materials presented as secondary phases into the varistor ceramic systems. Samples were analyzed by X–ray diffraction, solid–state nuclear magnetic resonance, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and impedance spectroscopy. Although, the addition of copper to the ZnMn₂O₄ spinel did not produce morphological changes, the structure and electrical behaviors changed considerably. Structurally, copper addition induced the formation of partial inverse spinels, and its addition increases significantly the electrical conductivity. Therefore, the formation of Zn_x–1Cu_xMn₂O₄ spinels, as secondary phases into the varistor materials, may compromise significantly the varistor efficiency.

Keywords: Ceramic, Impedance Spectroscopy, spinel, Varistor, XRD.

 

Resumen

En este trabajo se presenta la caracterización estructural y eléctrica de las espinelas del tipo Zn_x–1Cu_xMn₂O₄, los cuales son materiales que se pueden encontrar como fases secundarias en los cerámicos de tipo varistor. Las muestras fueron caracterizadas por difracción de rayos X, resonancia magnética nuclear de sólidos, espectroscopía infrarroja, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de impedancia. La adición de cobre no produce cambios morfológicos en los materiales. Sin embargo, la estructura cristalina y propiedades eléctricas si se ven considerablemente alteradas por la adición de cobre a la espinela. Estructuralmente, la adición de cobre genera la formación de espinelas parcialmente inversas y eléctricamente estos materiales se vuelven mucho más conductores. Por lo tanto, la formación de espinelas de tipo Zn_x–1Cu_xMn₂O₄, como fases secundarias en los materiales de tipo varistor, puede comprometer significativamente la eficiencia del varistor.

Palabras clave: Cerámica, espectroscopía de impedancia, espinelas, varistor, espectroscopía infrarroja.

 

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Acknowledgements

This work was financially supported by CONACYT (46522Q). Authors thank L. Baños, A. Tejeda, O. Novelo, G. Cedillo and M. A. Canseco for technical assistance.

 

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