Structure-Property Relationships in Potassium Sodium Niobate (KNN) Based Lead-Free Piezoelectric Ceramics

Year 2014, Volume: 14 Issue: 3, 79 - 84, 01.12.2014

Ebru Menşur Alkoy

Abstract

In this study, lead-free potassium sodium niobate (KNN) piezoelectric ceramics were fabricated in bulk and fiber forms. Microstructural and electrical properties were explained based on structure-property relationship. KNN fibers were fabricated by a novel alginate gelation method. 1-3 piezocomposites were fabricated by embedding the fibers into a polymer matrix. Dielectric constants of pure, CuO added and Li-doped KNN samples were calculated as 316, 335 ve 560 at 100 kHz, respectively. This value is 191 for CuO-KNN/epoxy composite containing 70 vol% ceramic fibers. The maximum strain value of pure KNN at 50 kV/cm is 0.04 % and 0.10 % for the other samples. © Afyon Kocatepe Üniversitesi

Keywords

Lead-free ceramics

Potasyum Sodyum Niyobat (KNN) Esaslı Kurşunsuz Piezoelektrik Seramiklerde Yapı-Özellik İlişkileri

Abstract

Bu çalışmada kurşunsuz piezoelektriklerden potasyum sodyum niyobat (KNN) kütlesel ve fiber formunda üretilmiştir. Mikroyapısal ve elektriksel özellikler yapı-özellik ilişkileri ortaya konularak incelenmiştir. KNN fiberler yeni bir teknik olan alginate jelleşme yöntemi ile üretilmişlerdir. Fiberlerin polimer bir matrise gömülmesi ile 1-3 bağlantılı kompozitler hazırlanmıştır. 100 kHz frekansında sırasıyla katkısız KNN, CuO ilaveli KNN ve Li katkılı KNN örneklerin dielektrik sabitleri 316, 335 ve 560 olarak hesaplanmıştır. Bu değer hacimce %70 CuO-KNN fiber içeren kompozit için 191’dir. 50 kV/cm’de en yüksek gerinim değeri ise katkısız KNN için % 0,04 olup bu değer katkılı örnekler için % 0,10 civarındadır.

Keywords

Kurşunsuz seramikler, KNN, Fiber, Piezoelektrikler, Dielektrikler.

References

• Alkoy S., Yanık H., Yapar B., 2007. Fabrication of Lead Zirconate Titanate Ceramic Fibers by Gelation of Sodium Alginate. Ceramics International, 33, 389– 394.
• Heartling, G.H., 1999. Ferroelectric ceramic:history and technology. Journal of American Ceramic Society 82(4), 797-818.
• Hollenstein, E., Davis, E., Damjanaovic, D., Setter, N., 2005. Piezoelectric properties of Li- and Ta-modified (K0.5Na0.5)NbO3 ceramics, Applied Physics Letters, 87 (18), 182905.
• Saito, Y., Takao, H., Tani, T., Nonoyama, T., Takatori ,K., Homma, T., Nagaya, T. and Nakamura, M., 2004. Lead-free piezoceramics. Nature, 432, 84-87.
• Menşur Alkoy, E.M., Papila, M., 2010. Microstructural features and electrical properties of copper oxide added potassium sodium niobate ceramics. Ceramic International, 35 (6), 1921-1927.
• Menşur Alkoy, E.M., Yavuz, A.B., 2012. Electrical properties and impedance spoectroscopy of pure and copper oxide added potassium sodium niobate ceramics. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 59 (10), 1121- 1128.
• Menşur Alkoy, E.M., Yavuz, A.B., Tekdaş, S., 2011. Electric field-induced strain behavior in Lithium- and Copper-added piezoceramics and 1-3 piezocomposites IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 58 (9), 1804-1810. niobate
• Menşur Alkoy E., 2010. Field-Induced Recoverable Strain
• Behavior of CuO-Added K0.5Na0.5NbO3 Ceramics
• and 1–3 Fiber/Epoxy Piezocomposites. Journal of
• Applied Physics, 108, 094104.