Processing of bczt powders by sol-gel method for electrocaloric applications

Abstract

Bu çalışma, mekanik basınç kuvvetlerini elektrik sinyallerine dönüştürmek için piezoelektrik malzemelerin yaygın kullanımını ele almaktadır. Kurşun içeren piezoelektrik seramiklerin yüksek toksisiteye sahip olması nedeniyle çevre ve insan sağlığı için zararlı olduğuna vurgu yapmaktadır. Son çalışmalar, BZT-BCT katı çözeltisi gibi kurşunsuz malzemelerin piezoelektrik uygulamalar için iyi bir alternatif olabileceğini göstermiştir. Ayrıca, BZT-BCT seramiklerinin elektrokalorik soğutma sistemlerindeki önemi vurgulanmaktadır. Çevre dostu ve maliyet açısından avantajlı alternatiflerin arayışı, elektrokalorik etkilere olan ilgiyi artırmıştır. Bu çalışmada, kritik faz noktalarına sahip olan kurşunsuz piezoelektrik (1-x)Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3 (x=0.5) seramiklerinin elektrokalorik davranışı dolaylı olarak incelenmiştir. Kurşunsuz piezoelektrik seramikler, daha homojen yapı elde etmek amacıyla sol-jel yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Ayrıca, seramiklerin performansı üzerinde farklı bilyalı öğütme işlemlerinin parçacık boyutu ve kristal boyutu değişiminin etkisi gözlemlenmiştir. Üretilen örneklerin yapısal ve elektriksel özellikleri karakterize edilmiştir. Dielektrik sabiti, polarizasyon-elektrik alan ve elektrokalorik etki ölçümleriyle elektriksel karakterizasyon yapılmıştır. Literatürle karşılaştırıldığında, her iki seramik için ?T~1.2-2.5 K gibi oldukça önemli değerler başarıyla elde edilmiştir. BZT-BCT seramiklerinin çevre dostu elektrokalorik malzemeler arayışında umut verici bir aday olduğu düşünülmektedir.

This study discusses the widespread use of piezoelectric materials in converting mechanical pressure forces into electrical signals. It emphasizes that lead-containing piezoelectric ceramics are harmful to the environment and human health due to their high toxicity. Recent studies have shown that lead-free materials such as BZT-BCT solid solution can serve as a good alternative in piezoelectric applications. Furthermore, the importance of BZT-BCT ceramics in electrocaloric cooling systems is highlighted. The search for environmentally friendly and cost-effective alternatives has increased interest in electrocaloric effects. In this study, lead-free piezoelectric (1-x)Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3 (x=0.5) ceramics with critical phase points are investigated indirectly for their electrocaloric behavior. The lead-free piezoelectric ceramics were produced using the sol-gel method, aiming to obtain more homogeneous structures. Additionally, the effect of different ball-milling processes on particle size and crystallite size variation on the performance of the ceramics was observed. The structural and electrical properties of the produced samples were characterized. Measurements of dielectric constant, polarization-electric field, and electrocaloric effect were conducted for electrical characterization. When compared with the literature, highly significant values of ?T~1.2-2.5 K have been successfully achieved for both ceramics. It is considered that BZT-BCT ceramics are a promising candidate in the search for environmentally friendly electrocaloric materials.