Kurşun içermeyen ve kurşun esaslı ferroelektrik seramiklerin elektriksel karakterizasyonu

Abstract

Günümüzde kurşun içermeyen piezoelektrik malzemeler üzerinde çevre dostu olmalarından dolayı yoğun olarak çalışılmaktadır. Sodyum bizmut titanat (Na1/2Bi1/2TiO3 veya NBT) ve çeşitli katı çözeltileri, kurşun esaslı benzerleri yerine yeni bir aday olarak özel ilgi çekmektedir. Kurşunun tehlikeli etkisini azaltmak için büyük bir talep vardır. Bu çalışmada, Hafniyum (Hf ) veya Zirkonyum (Hf ) dop edilmiş ve 100 yönünde yönlendirilmiş (Na1/2Bi1/2)TiO3 (NBT) seramikleri, anizotropik olarak şekillenmiş SrTiO3 şablon parçacıkları kullanılarak şablonlu tane büyümesi metotu (templated grain growth veya TGG) ile üretilmiştir. TGG metotunda, eriyik tuz çözeltisi sentezi ile üretilmiş olan SrTiO3 şablon plakaları, kalsine edilmiş NBT tozu ile birlikte şerit döküm yapılmış ve 12000C'de 6 saat boyunca sinterlenmiştir. Yönlenme oranları, % 70'e kadar elde edilmiştir. NBT esaslı piezoelektrik seramikleri ile ilgili diğer önemli konu ise, unipolar gerinim eğrilerinin histeritik olmasıdır. Artan ve azalan gerinim çizgileri, kurşun esaslı relaksör ferroelektriklerin aksine ciddi bir şekilde ayrılmaktadır. Bu durum, NBT esaslı ve diğer piezoseramiklerin kullanım yaygınlığını kısıtlamaktadır. Histerisisi azaltmak için, Hf veya Zr dop edilmiş NBT seramiklerinin bias elektrik alan altındaki özellikleri incelenmiştir. Hf veya Zr dop edilmiş NBT seramikler relaksör özellik göstermiş olup elektrostriktif katsayıları sırasıyla 0.032 ve 0.029 m4 /C2 olarak elde edilmiştir.Recently, lead-free piezoelectric materials are intensely studied due to being environmentally friendly. Among them, sodium bismuth titanate (Na1/2Bi1/2TiO3, or NBT) and its various solid solutions have been drawing special attention as a new candidate for their lead based counterparts. There is a great demand for reducing the adverse effect of lead. In this study, Hafnium (Hf ) or Zirconium (Zr ) doped grain oriented (Na1/2Bi1/2)TiO3 (NBT) ceramics with <100> orientation were fabricated by Templated Grain Growth (TGG) method using anisotropically shaped SrTiO3 template particles. In TGG, molten salt synthesized SrTiO3 platelets were tape cast with calcined NBT powder, and sintered at 12000C for 6 h. Texture fractions up to 70% have been obtained. One big issue with NBT based piezoelectric ceramics is that the unipolar strain curve is hysteretic. That is, the increasing and decreasing strains paths are separated well apart, unlike lead based relaxor ferroelectrics. It is one of the main restrictions on the widespread use of not only NBT based but also other piezoceramics. Electromechanical properties of Hf or Zr doped NBT ceramics were studied under bias electrical conditions to suppress the hysterisis. Hf or Zr doped NBT ceramics had relaxor properties with electrostrictive coefficient of 0.032 and 0.029 m4 /C2, respectively.