Kurşun esaslı ferroelektrik seramiklerde dopant etkisi ve karakterizasyonu

Abstract

Kurşun esaslı ferroelektrik seramiklerin yüksek elektriksel ve elektromekaniksel özellikler sergilediği bilinmektedir. Morfotrofik faz sınırına yakın, temel Pb(Mg1/2Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT) seramikleri, yüksek piezoelektrik, dielektrik ve elektromekanik bağlaşma katsayılarından dolayı dönüştürücüler ve eyleyiciler gibi çoğu uygulama için potansiyel malzemedir. Fakat bu seramiklerin yüksek güç uygulamaları için dielektriksel ve mekaniksel kayıpları çok yüksek ve mekanik kalite faktörü (Qm) oldukça düşüktür. Bu tezde, daha geniş uygulama alanları için düşük kayıplı malzemeler geliştirmek amacıyla Mn katkısı yapılmış ve Mn katkısının, PMN?32.5PT' nin özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Katkılı ve katkısız piezoelektrik seramikler, Columbite öncü tekniği kullanılarak hazırlanıp, x=at.% MnCO3, 0' dan 5' e değişen x değerlerinde çalışılmıştır. Deney sonuçları, Mn katkısının, seramiğin elektriksel ve elektromekaniksel özelliklerini önemli ölçüde değiştirdiğini göstermiştir. at.%1 Mn katkı miktarının, en uygun katkı miktarı olduğu sonucuna varılmıştır. Çünkü bu katkı miktarında, PMN?32.5PT' nin d33 ve kp gibi özelliklerinde meydana gelen azalma ~%20 civarlarındayken, dielektrik kaybındaki azalma ve mekanik kalite faktöründeki artma oldukça yüksektir. Dielektrik kayıp (tan ?) ~%60 azalmış, (Qm) %150 artarak katkısız seramiğin 2,5 katına çıkmıştır. Böylelikle %1 Mn katkılı PMN?32.5PT seramikleri, ultrasonik motorlar ve dönüştürücüler gibi yüksek güç, düşük kayıp gerektiren birçok uygulamada kullanılabilir hale gelmiştir.Lead-based ferroelectric ceramics are known to exhibit high electrical and electromechanical properties. Pb(Mg1/2Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT) ceramics with base compositions close to the morphotropic phase boundary are potential materials for many applications such as transducers and actuators due to their high piezoelectric, dielectric and electromechanical coupling coefficients. However, their dielectrical and mechanical losses are too high and mechanical quality factor (Qm) is quite low for high-power applications. In this thesis, the effect of Mn doping on properties of PMN?32.5PT was studied with the goal to develop a lower loss material for a wide range of applications. Mn doped PMN?32.5PT lead-based piezoelectric ceramics have been prepared by using Columbite precursor technique and x=at.%MnCO3 ranging from 0 to 5 have been studied. The experimental results indicated that the electrical and electromechanical properties of ceramics were significantly influenced by the Mn doping. at.1% Mn doping are found to be the most appropriate amount of doping. Because the amount of this additive, the PMN?32.5PT of properties such as d33 and kp is around ~ 20% decrease in, but reduction in dielectric loss and an increase in the mechanical quality factor is very high. Dielectric loss (tan ?) decreased by ~ 60%, (Qm), an increase of 150% undoped ceramic was 2.5 times. Thus, 1% Mn doped PMN?32.5PT ceramics has become available for many applications requiring high power low loss, such as ultrasonic motors and transducers.