Yüksek curie sıcaklığına sahip kurşunsuz piezoelektrik seramiklerin üretimi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of high curie temperature lead-free piezoelectric ceramics
- Tez No: 325428
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. METİN ÖZGÜL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Seramik Mühendisliği, Engineering Sciences, Ceramic Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Afyon Kocatepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) ve modifikasyonları yarım asırdan fazla bir süredir bilinen ve en yaygın kullanıma sahip üstün özellikli piezoelektrik malzemelerdir. Ancak içeriğindeki kuşunun (Pb) toksik olması nedeniyle PZT üretimi ve kullanımına sınırlamalar getirilmiştir. Bu nedenle piezoelektrik malzeme araştırmaları son yıllarda kurşun bazlı sistemlere alternatif bulma yönünde yoğunlaşmıştır. Tarihi en az PZT kadar eski olan baryum titanat iyi özelliklerine rağmen oluşacak depolarizasyona bağlı olarak bazı uygulamalarda kullanımını sınırlayan düşük Curie sıcaklığı (Tc) nedeniyle iyi bir alternatif olarak görülmemektedir. Bu çalışmada yüksek Curie sıcaklığına sahip perovskit kristal yapılı kurşunsuz piezoelektrik Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3 (BNT-BT), %0.05 Nb ve %0.05 Ta katkılı Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3 (BNT-BT-NT) ve [(K0.458Na0.542)0.96Li0.04]Nb0.85Ta0.15O3 (KNN-LT) seramiklerin yüksek saflıktaki oksit tozlardan katı hal yöntemiyle üretimi gerçekleştirilmiştir. Ta ve Nb katkısının aşırı tane büyümesini önlediği, Li katkısının da sinterleme sürecinde yoğunlaşmayı kolaylaştırdığı bilinmektedir. Böylece katkılandırmayla üstün fiziksel ve elektriksel özelliklerin elde edilmesi amaçlanmıştır. Faz yapısı X-ışınları kırınımı (XRD) yöntemiyle kontrol edilen perovskit yapılı tozlardan soğuk izostatik presleme (CIP) ile disk şekilli numuneler elde edilmiştir. Bileşime göre 1150-1200°C aralığında sinterlenen numunelerin yüzeyi altın (Au) kaplanarak taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile mikroyapı incelemesi yapılmıştır. Yoğunluk ölçümleri Arşimet yöntemiyle yapılan numunelerde elektrotlama işlemini takiben oda sıcaklığında dielektrik özellikölçümleri LCR-metre ile yapılmıştır. Ayrıca dielektrik özelliklerin frekans ve sıcaklıkla değişimi ve olası faz geçişlerinin tespiti için sıcaklık ünitesine bağlı bir empedans faz analizörü yardımıyla 475°C'ye kadar ve dört farklı frekans değerlerinde (1,10,100,1000 kHz) dielektrik ölçümler yapılmıştır. Ayrıca yüksek voltaj güç kaynağı yardımıyla sıcak yağ banyosunda 110°C'ye ısıtılan numuneler 5000 V'a ulaşan DC gerilim etkisinde kutulama işleminden geçmiştir. Kutuplama sonrası bir d33-metre yardımıyla piezoelektrik yük sabiti ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlar KNN esaslı seramiklerde yoğunlaşma problemi nedeniyle BNT-BT esaslı seramiklerin PZT'ye alternatif olma potansiyelinin daha yüksek olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca yapısındaki baryum titanatın varlığına bağlı olarak BNT-BT esaslı kurşunsuz piezoelektrik seramiklerde dielektrik özelliklerin KNN yapılı olanlara kıyasla çok daha yüksek olduğu görülmüştür. KNN esaslı kurşunsuz piezoelektriklerde yoğunlaşma ve kutuplama sürecinde hasar oluşumlarının önlenmesi için çalışmaların sürmesi gereklidir.
Özet (Çeviri)
For more than a half century, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) and its modifications have been the most commonly known and used piezoelectric materials providing the best properties. However due to the toxicity of lead (Pb) content, synthesis and use of PZT ceramics were started to be regulated in many countries for environmental concerns. For this reason piezoelectric materials research started to focus on finding alternatives to lead-based systems in recent years. Barium titanate is a lead-free piezoelectric as old as PZT but not a good alternative due to its low Curie temperature (Tc) that limits its practical use in many applications since depolarization occurs above Tc. High Curie temperature perovskite type lead-free piezoelectric Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3 (BNT-BT), %0.05 Nb and %0.05 Ta doped Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3 (BNT-BT-NT), and [(K0.458Na0.542)0.96Li0.04]Nb0.85Ta0.15O3 (KNN-LT) ceramics were synthesized by solid state method using high purity oxide powders. Addition of Ta and Nb is known to inhibit abnormal grain growth and Li improves densification during sintering. Thus doping is anticipated to improve the physical and electrical properties. Following perovskite phase verification by X-ray diffraction (XRD) method, cold isostatic pressing was used to obtain disc shaped samples. Samples sintered at the range of 1150-1200°C depending on the composition were then sputter coated with gold (Au) and microstructural analyses were made in a scanning electron microscope (SEM). After the density measurements by Archimedes method, room temperature dielectric properties were measured by LCR-meter in gold electroded samples. Dielectric properties were also measured as a function of frequency (1,10,100,1000 kHz) andtemperature (up to 475°C) by using a broad frequency range impedance phase analyzer integrated with a furnace system. This was also helpful to monitor possible phase transitions that would affect the dielectric and piezoelectric properties. For the piezoelectric measurements samples were also poled in a hot (110°C) silicon oil bath by applying DC field as high as 5000 V. Piezoelectric charge coefficient (d33) values were determined in samples after poling. The obtained results show that BNT-BT based ceramics exhibits higher potential in replacing PZT as KNN based compositions gives lower properties related with poor densification. It should also be pointed out that presence of barium titanate in BNT-BT remarkably increase dielectric properties in comparison to KNN. Further studies should aim to improve the densification of KNN and eliminate possible damages during high field poling.
Benzer Tezler
- Kritik faz noktalarına sahip farklı ca ve zr içeriklerinde baryum titanat esaslı ferroelektrik seramik kompozisyonların dokulu üretimi ve karakterizasyonu
Textured production and characterization of barium titanate based ferroelectric ceramic compositions with critical phase points in different ca and zr contents
GÖZDE TOPRAK SÖZEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Bilim ve TeknolojiGebze Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EBRU MENŞUR ALKOY
- Piezoelektrik potasyum sodyum niyobat kullanılarak dokulu seramiklerin ve 0-3 polimer-seramik esnek kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterizaton of textured ceramic and 0-3 polymer-seramic flexible composites using piezoelektric potassium sodyum niobate
ADİL TARIK ÖZKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Bilim ve TeknolojiGebze Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EBRU MENŞUR ALKOY
- KNNS-BNW seramiklerin ZnO katkısına bağlı olarak dielektrik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of dielectric properties of KNNS-BNW ceramics depending on ZnO additive
FATMA HAZAL BABAÖZÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞADUMAN ŞEN
- Sinterleme yardımcısı cuo katkısının stokiyometrik olmayan [Na0,5Bi0,5TiO3]0,75-[Sr1-xTiO3-x]0,25 seramiklerinin özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigation the effects of sintering aid cuo addition on the properties of non-stoichiometric [Na0,5Bi0,5TiO3]0,75-[Sr1-xTiO3-x]0,25 ceramics
GÜLBENİZ YALDIZ İNCE
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA YUNUS KAYA
- Sol-jel yöntemiyle potasyum sodyum niyobat (KNN) ince film üretimi ve karakterizasyonu
Characterization of potassium sodium niobate thin films prepared by sol-gel method
YAŞAR SAYDAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Mühendislik BilimleriGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EBRU MENŞUR ALKOY
YRD. DOÇ. DR. KORAY ÖZTÜRK