Fabrication and characterization of undoped and doped PNN-PZT ceramics and composites

Abstract

Bu çalışmada üstün piezoelektrik özelliklere sahip olan 0.5Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-0.35PbTiO3-0.15PbZrO3 bileşimindeki kurşun nikel niyobat–kurşun zirkonat titanat (PNN-PZT) kompozisyonunun sualtı uygulamalarında kullanılabilirliği incelenmiştir. Molce %0.5, %1.0, %1.5 oranlarında mangan (Mn), demir (Fe), neodimiyum (Nd) katkılı ve katkısız PNN-PZT tozları kolumbit öncül metodu ile üretilmiştir. Üretilen seramikler 1200? 'de 4 saat süre ile sinterlenmiştir. Katkılı ve katkısız seramiklere elektriksel ve yapısal analizler yapılmıştır. Katkısız PNN-PZT tozlarından alginate jelleşmesi yöntemi ile fiberler üretilmiştir. Bu fiberler kullanılarak 1-3 bağlantılı piezokompozitler üretilmiştir. Ayrıca ticari PZT-5A ve PZT-5H seramikleri de üretilmiş ve sualtı akustik performansları katkısız PNN-PZT piezokompozit ile kıyaslanmıştır. Mn, Fe ve %0.5 Nd katkılı seramiklerde saf perovskite fazı elde edilmiştir. %1.0 ve %1.5 Nd katkılı seramiklerde ise ikincil faz gözlemlenmiştir. Mn ve Fe katkılı seramikler elektriksel olarak sert karakter gösterirken, Nd katkılı seramikler ise elektriksel olarak yumşak karakter sergilemiştir. 1-3 PNN-PZT piezokompozit, yüksek piezoelektrik özellikleri, serbest alan voltaj hassasiyeti (FFVS)-voltaj iletim cevabı (TVR) değerleri, esnekliği ve yüksek band genişliğinden dolayı sualtı akustik uygulamalar için ön plana çıkmaktadır.In this study, the usability of lead nickel niobate–lead zirconate titanate (PNN-PZT) composition in 0.5Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-0.35PbTiO3-0.15PbZrO3 composition, which has superior piezoelectric properties, in applications such as passive underwater listening was investigated. Undoped and 0.5, 1.0, 1.5 mol % manganese (Mn), iron (Fe), neodymium (Nd)-doped ceramics were produced by the columbite precursor method. The produced ceramics were sintered at 1200? for 4 hours. Electrical and structural analyzes were performed for doped and undoped ceramics. Fibers were produced from undoped PNN-PZT powders by alginate gelation method. Piezocomposites with 1-3 connectivity were produced from these fibers. Commercially available PZT-5A and PZT-5H ceramics were also produced for comparison of underwater acoustic performance with the undoped PNN-PZT piezocomposite. Pure perovskite phase was obtained for Mn, Fe and 0.5% Nd-doped ceramics. There was not observed any secondary phase for 1.0% and 1.5% Nd-doped ceramics. Mn and Fe-doped ceramics exhibited electrically hard character whereas Nd-doped ceramics exhibited soft character. Due to the higher piezoelectric properties, free field voltage sensitivity (FFVS)- transmission voltage response (TVR) values, flexibility, and larger bandwidth of 1-3 PNN-PZT piezocomposite, it can be promising for underwater acoustic applications.