Samaryum katkısının PMN-PZT seramiklerinin mikroyapısal ve elektriksel özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of samarium doping on the microstructural and electrical properties of PMN-PZT ceramics
- Tez No: 1012929
- Danışmanlar: PROF. DR. SEDAT ALKOY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Seramik Mühendisliği, Engineering Sciences, Ceramic Engineering
- Anahtar Kelimeler: Piezoelektrik seramik, Piezoelectric ceramic
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kurşun magnezyum niyobat - kurşun zirkonat titanat (PMN-PZT [(1- x)Pb(Mg1/3Nb2⁄3)O3 – xPb(Zr,Ti)O3]) esaslı seramikler, yüksek dielektrik sabiti, güçlü piezoelektrik tepkisi ve kararlı faz geçiş özellikleri sayesinde modern piezoelektrik uygulamalarda büyük öneme sahip malzemelerdir. Yüksek piezoelektrik yük katsayısı (d33), düşük dielektrik kayıplar, yüksek hassasiyet ve geniş sıcaklık aralığındaki çalışabilmeleri sayesinde ultrasonik algılayıcılar, eyleyiciler, dönüştürücüler ve akustik cihazlarda kullanım alanı bulmaktadırlar. Nadir toprak elementlerinin, seramik sistemlere katkılanması kristal yapı ve tane büyümesi üzerinde önemli etkilere sahiptir. Samaryum (Sm) gibi nadir toprak elementleri, iyonik yarıçapları ve elektron konfigürasyonları sayesinde perovskit yapıdaki A veya B konumlarına yerleşerek malzemenin faz dengesi, mikroyapı ve elektriksel özelliklerini değiştirebilmektedir. Literatürde, Sm katkısının piezoelektrik seramiklerin Curie sıcaklığı, dielektrik sabiti ve d₃₃ gibi parametreleri üzerinde olumlu etkiler sağladığı gösterilmiştir. Bu çalışmada, katı hal reaksiyon yöntemi ile sentezlenen seramiklere %0,5, %1, %1,5, %2, %2,5 ve %3 oranlarında Sm katkısı yapılmış, ardından 1200 ˚C'de sinterleme işlemi gerçekleştirilmiştir. Sm+3 iyonlarının, iyonik yarıçap uyumu ve valans durumu gereği perovskit yapıdaki A-sitesine yerleşerek donör tipi bir modifikasyon gerçekleştirdiği öngörülmüştür. Çalışmada, Sm3+ iyonlarının A-sitesine yerleşimi ile kristal yapıda meydana gelen değişimler X-ışını kırınımı (XRD), yüzey morfolojisi ise taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak karakterize edilmiştir. Ayrıca dielektrik sabiti, piezoelektrik yük katsayısı (d₃₃), kayıplar, Curie sıcaklığı ve ferroelektrik özellikler gibi elektriksel ve fonksiyonel özellikler detaylı şekilde analiz edilmiştir. Elde edilen veriler, belirli bir konsantrasyona kadar samaryum katkısının, yapıdaki kurşun boşluklarını dengeleyerek etki alan duvarı hareketliliğini arttırdığını ve buna bağlı olarak piezoelektrik özelliklerde“yumuşama”etkisi yarattığını göstermektedir. Yapılan çalışma, sadece malzeme sentezi değil, aynı zamanda donör tipi katkılama mekanizmasının relaksör - ferroelektrik sistemlerdeki teorik temellerini doğrulamaktadır.
Özet (Çeviri)
Lead magnesium niobate–lead zirconate titanate (PMN–PZT [(1- x)Pb(Mg1/3Nb2⁄3)O3 – xPb(Zr,Ti)O3]) based ceramics are materials of great importance in modern piezoelectric applications due to their high dielectric constant, strong piezoelectric response, and stable phase transition behavior. Owing to their high piezoelectric charge coefficients (d₃₃) values, low dielectric losses, high sensitivity, and ability to operate over a wide temperature range, they are widely used in ultrasonic sensors, actuators, transducers, and acoustic devices. The incorporation of rare-earth elements into ceramic systems has significant effects on crystal structure and grain growth. Rare-earth elements such as samarium (Sm), owing to their ionic radii and electronic configurations, can occupy the A- or B-sites in the perovskite structure, thereby modifying the phase stability, microstructure, and electrical properties of the material. In the literature, Sm doping has been shown to have positive effects on key parameters of piezoelectric ceramics, including Curie temperature, dielectric constant, and piezoelectric charge coefficient (d₃₃). In this study, ceramics synthesized via the solid-state reaction method were doped with Sm at concentrations of 0,5%, 1%, 1,5%, 2%, 2,5%, and 3%, followed by sintering at 1200 °C. Structural changes in the crystal lattice induced by the incorporation of Sm³⁺ ions at the A-site were characterized using X-ray diffraction (XRD), while surface morphology was examined by scanning electron microscopy (SEM). In addition, electrical and functional properties such as dielectric constant, piezoelectric charge coefficient, dielectric losses, Curie temperature, and ferroelectric behavior were analyzed in detail. This study not only focuses on material synthesis but also confirms the theoretical foundations of donor-type doping mechanisms in relaxor–ferroelectric systems.
Benzer Tezler
- Samaryum katkısının bakır oksit ince filmlerin fiziksel ve elektriksel özelliklerine etkisi
Effect of samarium addition on physical and electrical properties of copper oxide thin films
FIRAT KARAHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Fizik ve Fizik MühendisliğiDicle ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞİLAN BATURAY
DOÇ. DR. CİHAT ÖZAYDIN
- Kalay katkısının cuo ince filmlerin yapısal, optik ve elektriksel özelliklerine etkisi
The effect of tin doping on the structural optical and electrical properties of copper oxide thin films
NİZAMETTİN İPEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Fizik ve Fizik MühendisliğiDicle ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞİLAN BATURAY
- Sm katkılı Ce esaslı hidroksiapatit numunelerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of cerium-based hydroxyapatites doped with samarium
GÜLAY VURAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiFırat ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER KAYĞILI
- Gd ve Sm Katkılı CeO2 bileşiklerinden elektrokimyasal yöntemle hidrojen eldesi
Obtaining hydrogen by electrochemical method from Gd and Sm doped CeO2 compounds
AYŞE KIRKGEÇİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
EnerjiKahramanmaraş İstiklal ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HANDAN ÖZLÜ TORUN
- Termoplastik poliüretan tabanlı nanoparçacık katkılı iki katmanlı kompozitlerin üretimi ve iyonlaştırıcı radyasyon zırhlama özelliklerinin incelenmesi
Production and investigation of ionizing radiation shielding properties of thermoplastic polyurethane based nanoparticle reinforced two layer composites
TUNAHAN RECEP TORUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Nükleer MühendislikSinop ÜniversitesiNükleer Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN OĞUL