Mn+3 ve Nb+5 Katkılı BNT-BT Kurşunsuz Piezoelektrik Malzemelerde Bor İlavesinin Elektriksel Özelliklere Etkileri

Yıl 2017, Cilt: 17 Sayı: 2, 710 - 716, 31.08.2017

Metin Özgül Samet Abbak

Öz

Kurşun içermeyen piezoelektrik seramikler, yaygın olarak kullanılan (PbZr1-xTixO3 gibi) kurşun esaslı

piezoelektrik seramiklere alternatif olarak araştırılmaktadır. Bu anlamda en çok incelenen

malzemelerden biri de (Bi0.5Na0.5)TiO3; BNT-esaslı seramiklerdir. Saf halde BNT seramikler yüksek koersif

alan nedeniyle kutuplanma zorluğu ve buna bağlı olarak düşük piezoelektrik özellikler göstermektedir.

Ancak BaTiO3 ile oluşturdukları katı çözeltilerinde özelliklerin iyileştiği görülmüştür. Özellikleri daha da

geliştirmek amacıyla bazı dopant ilaveleri de yapılmıştır. Literatürde yaygın olarak B2O3 katkısının sıvı faz

oluşturarak sinterlemeyi kolaylaştırıcı ve ara yere giderek donör davranış gösterdiği rapor edilmektedir.

Bu çalışmada, üç farklı bileşim olarak katkısız, %1 Mn+3-katkılı ve %1 Nb+5-katkılı (Bi0.5Na0.5)TiO3-BaTiO3

(BNT-BT) seramiklere %1 B+3 ilave edilerek katı hal yöntemiyle üretilmiştir. Yoğunlukları Arşimet

yöntemiyle belirlenen seramikler X-ışını kırınımı (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile

karakterize edilmiş ve elektriksel özellikleri incelenmiştir. Her bir bileşim için piezoelektrik sabiti (d33),

dielektrik sabiti (εr), dielektrik kayıp (tanδ), polarizasyon ve gerinim histeresiz (P-E ve S-E) ölçümleri

gerçekleştirilmiştir

Anahtar Kelimeler

kurşunsuz, Piezoelektrik, (Bi0.5Na0.5)TiO3-BaTiO3, Bor, Akseptör, Donör

Kaynakça

• Aksel, E., Jones, J.L., 2010. Advances in Lead-Free Piezoelectric Materials for Sensors and Actuators. Sensors, 10, 1935-1954.
• Chu, B.J., Li, G.R., Jiang, X. P., Chen, D. R. J., 2000. Structural and Electrical Characterization of Lead Free (1-x)Na1/2Bi1/2TiO3-xBaTiO3 Ceramics. Inorganic Materials. 15, 815.
• Friend, C., 1996. Smart Materials: The Emerging Technology. Materials World, 4, 16-18.
• Hagh, N. M., Jadidian, B., Ashbahian, E., Safari, A., Fellow. 2008. Lead-Free Piezoelectric Ceramic Transducer in The Donor Doped KNN Solid Solution System. IEEE Transactions On Ultrasonics, Ferroelectrics, And Frequency Control, 55, 214-224.
• Heartling, G. H., 1999. Ferroelectric Ceramics: History and Technology. Journal of American Ceramic Society, 82, 797–818.
• Jaffe, B., Cook, W.R., Jaffe, H., 1971 Piezoelectric Ceramics. Academic Press: London and New York. López-Juárez, R, González, F, Villafuerte-Castrejón, M.E., 2011. Lead-Free Ferroelectric Ceramics with Perovskite a) b)
• Structure. Ferroelectrics - Material Aspects. Lallart, M., Ed., Intech. 305-330.
• Ozgul, M., Kucuk, A., 2016. 0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3- 0.06BaTiO3 lead-free piezoelectric ceramics. Ceramics International, 42, 19128, 19132.
• Panda, P.K., 2009. Review: environmental friendly lead free piezoelectric materials. Journal of Materials Science. 44, 5049-5062.
• Setter, N., Waser, R., 2000. Electroceramic Materials. Acta Materialia, 48, 151–178.
• Smolenski, G. A., Isupov, V. A., Agranovskaya, A. I., Krainik, N. N., 1961. New Ferroelectrics of Complex Composition. Soviet Physics Solid State. 2, 2651-2654.
• Sung, Y. S., Kim, M. H., 2010. Effects of B-site Donor and Acceptor Doping in Pb-free (Bi0.5Na0.5)TiO3 Ceramics. Ferroelectrics, 13, 217-230.
• Xua, Y., Liuc, X., Wanga, G., Liua, X., Fengb, Y., 2016. Antiferroelectricity in tantalum doped (Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3 lead-free ceramics. Ceramics International, 42, 4313–4322.
• Zhu, M., Liu, L., Hou, Y., Wang, H., Yan, H., 2007. Microstructure and Electrical Properties of MnO-Doped (Na0.5Bi0.5)0.92Ba0.08TiO3 Lead-Free Piezoceramics. Journal of American Ceramic Society, 90, 120-124.