Micro and Macroscale Engineering of Electroceramics

Year 2014, Volume: 14 Issue: 3, 261 - 266, 01.12.2014

Sedat Alkoy

Abstract

Dimension, shape and materials’ properties are the most basic characteristics of a piezoelectric ceramic transducer determining the device performance. In our studies better electromechanical and electroacoustic performance was obtained from piezoelectric ceramic itself by creating new designs based on built-in amplification mechanisms obtained through the shape and geometry of the transducer. This approach is called the Macroscale Engineering. Piezoelectric ceramics with thin hollow shell and fiber forms were fabricated by various methods such as slip casting, gel casting and alginate gelation. Additionally, improving materials properties and obtaining single crystal-like performance along preferred directions can be achieved through the fabrication of crystallographically textured piezoceramics, i.e. Microscale Engineering. A combination of alginate gelation and templated grain growth, or gelcasting under magnetic field was used to produce piezoceramics with crystallographic texture. © Afyon Kocatepe Üniversitesi 1. GirişAkıllı malzemeler ve sistemler içinde bulundukları ortamda meydana gelen değişimleri, malzemenin fiziksel özelliklerinde veya çevreyle etkileşiminde oluşan değişimlerden yola çıkarak algılayan ve buna uygun, kullanışlı bir tepki vererek çevrede değişim yaratabilen malzemeler ve cihazlardır (Newnham, 1991). Piezoelektrik dönüştürücüler de (transducers) bu genel tanım içerisinde gerilme, basınç gibi mekanik etkileri elektriksel sinyallere dönüştürebilen ve bu özelliği karşılıklı olan, yani elektriksel girdiyi de şekil değişimi, titreşim gibi mekanik veya akustik bir çıktıya dönüştürebilen cihazlardır. Uygun tasarımlar

Keywords

Piezoelectric ceramics

Elektroseramiklerin Mikro ve Makro Boyutta Mühendisliği

Abstract

Boyut, şekil (form) ve malzeme özellikleri piezoelektrik seramik dönüştürücülerin aygıt performansını belirleyen en temel karakteristikleridir. Çalışmalarımızda dönüştürücünün şekli ve geometrisiyle oynanarak geliştirilen tasarımlarla piezoelektrik seramiğin kendi içinde büyütme mekanizmaları yaratarak elektromekanik ve elektroakustik performansı iyileştirilmiştir. Bu makro boyutta mühendislik adı verilen bir yaklaşımdır. Piezoelektrik seramikleri içi boş ince kabuk ve fiber gibi formlarda üretmek için asıltı döküm, jel döküm, alginate jelleşmesi gibi yöntemler kullanılmıştır. Öte yandan, malzeme özelliklerini iyileştirmek ve kristalografik dokuya sahip piezoseramikler üreterek tercihli doğrultularda tek kristale yakın özellikler elde etmek de mikro boyutta mühendislik yaklaşımıdır. Kristalografik dokuya sahip piezoseramiklerin üretimi için alginate jelleşmesi ve şablonlu tane büyütme veya manyetik alan altında jel döküm gibi yöntemler kullanılmıştır

Keywords

Piezoelektrik seramikler

References

• Abanoz, D., Yanık, H., Çapoğlu, A., Alkoy, S., 2004. Gelcasting of Pb(Zr,Ti)O3 based piezoelectric ceramics. Key Engineering Materials, 264-268, 1293- 1296.
• Alkoy, S., 2006. Analysis of Thin-Shell Piezoelectric Ceramics with Engineered Resonance Characteristics and Vibration Modes. Japanese Journal of Applied Physics - Part 2, 45 (8-11) L272-L274.
• Alkoy, S., 2007a. Fabrication and Properties of Thin-Shell Monolithic Piezoelectric Ceramic Transducers. Journal of Materials Science, 42 (16), 6742-6748.
• Alkoy, S., Yanik, H., Yapar, B., 2007b. Fabrication of lead zirconate titanate ceramic fibers by gelation of sodium alginate. Ceramics International, 33 (3), 389- 394.
• Alkoy, S., Dursun, S., 2012a. Processing and Properties of Textured Potassium Strontium Niobate (KSr2Nb5O15) Ceramic Fibers – Texture Development. Journal of the American Ceramic Society, 95 (3), 937-945.
• Alkoy, S., Tekdaş, A.S., Tekel E., Olukkent, R., 2012b. Drawing of Piezoceramic Fibers and Ribbons using a Novel Alginate Gelation Method and Properties of Fiber and Ribbon-based Piezodevices. Advanced Materials Research, 445, 380-385.
• Draget K.I., Smidsrİd, O., Skjåk-Bræk, G., 2005. “Alginates”, Polysacharides and Polyamides in the Food Industry, Properties, Production and Patents, ed. Steinbüchel, A.; Rhee, S. K., WILEY-VCH Verlag Gmbh & Co. KGaA, Weinheim. 1-26.
• Kaya, M.Y., Alkoy, S., 2012. Synthesis of Anisometric Particles and Electroceramics by Gelcasting under Magnetic Fields. Proc. 21th IEEE Int. Symposium on Applications of Ferroelectrics, Aveiro, Portugal. of Textured
• 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 (9), 094104.
• Newnham, R.E., Ruschau, G.R., 1991. Smart Electroceramics, Journal of the American Ceramic Society, 74(3), 463-480.
• Schilling C. H and Aksay İ.A, 1991. “Slip Casting”, Engineering Materials Handbook, 4, 153-159.
• Tressler, J.F., Alkoy, S., Newnham, R.E., 1998. Piezoelectric sensors and sensor materials, Journal of Electroceramics, 2 (4), 257-272.