A study of the relation of piezoelectric properties and nano structures through methods in computational physics
Hesaplamalı fizik yöntemleri ile piezoelektrik özellik ve nanoyapı ilişkilerinin irdelenmesi
- Tez No: 457778
- Danışmanlar: PROF. DR. ÇETİN TAŞSEVEN, PROF. DR. TAHİR ÇAĞIN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Yakıt kaynaklarının giderek azalması ile birlikte enerji gereksinimin artması alternatif yenilenebilir enerji kaynakları arayışına sebep olmuştur. Bu alternatif enerji türlerinden piezoelektrik son yıllarda popülerlik kazanmıştır. Bu çalışmada, genelleştirilmiş gradyent yaklaşımı, yoğunluk fonksiyonel teorisi ve yoğunluk fonksiyonel pertürbasyon teorisi içerisinde kullanılmıştır. Bu teoriler sayesinde sırası ile ABO3 ve onların {AxA'(1-x)}BO3 and A{BxB'(1-x)}O3 tipindeki alaşımların temel durum yapı ve elastik özellikleri ile dielektrik ve piezoelektrik özellikleri elde edilmiştir. Alaşım perovskitini temsil etmek için, A, A'=Ba, Sr, Pb; B, B'=Ti, Zr türleri kullanılarak süper hücre elde edilmiştir. Örgü yapısı, termodinamik, elastik sabitler ve dielektrik özellikler üzerindeki kompozisyon ve atomik konfigürasyon/düzen etkileri değerlendirilmiştir. Hesaplamalarda ise, lineer tepki ve homojen alan yöntemleri kullanılmış olup; söz konusu özelliklerin belirlenmesine yönelik bu yaklaşımların performans değerlendirmesi sağlanmıştır. A/B konumlarindaki kompleks perovskitlerin hesaplama sonuçları alaşım perovskitlerinin mekaniksel ve termodinamik olarak karışabileceğini göstermiştir. Tezin ilk hedefi olarak, alaşım perovskitlerinin kübik formunda dielektrik ve piezoelektrik özellikler gözlemlenmiştir. Alaşım perovskitlerinin kübik formlarının herhangi bir piezoelektrik özellik göstermemesine rağmen, kristolografik konum farklı türdeki atomlar tarafından işgal edilmiş olduğu için ter simetri bozulur ve yapılar küçük tetragonalite geliştirir. Bu sayede piezoelektrik davranışın ortaya çıkması beklenir. BaZr_((1-x)) Ti_x O_3 için sıfır olmayan piezoelektrik katsayısı 0.554 x 〖10〗^(-15) C/N büyüklüğünde elde edilmiştir. Alaşım perovskitlerinin yakın gelecekte piezoelektrik malzeme adayı olması muhtemeldir. Bu sayede, yeni merkezi simetriye sahip olmayan perovskitlerin bulunması ve tasarlanmasına olanak sağlanacaktır. Piezoelektrik katsayısı 〖∽10〗^(-12) C/N ya da daha büyük olan piezolektrik alaşım perovskitlerinin elde edilmesi umulmaktadır. Tezin ikinci hedefi sıfır hidrostatik basınç altında tetragonal formda olan ABO3 alaşım perovskit yapılarının elastik ve piezoelektrik özellikleri ile ilgilidir. ABO3 tipi perovskitlerin piezoelektrik özellikleri ve bunların A- konumu ve B- konumlarının piezoelektriklik üzerine etkileri hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar piezoelektrik katsayılarının normal değerinin iki ila üç katı büyüklükte olduğunu göstermiştir. Bu tezin asıl hedefi, piezoelektrik olgusu üzerine kapsamlı bir çalışma yapmak ve daha önceden bilinmeyen çok büyük piezoelektrik katsayılı ABO3 tipi perovskit yapılarını tasarlamaktır.
Özet (Çeviri)
The increasing demand for power has made us look for alternative forms of renewable energy with oil resources going down. Among the various types of alternative energy, piezoelectricity has been gaining popularity over the past few years. In this study, the generalized-gradient approximation (GGA) has been implanted on density functional theory (DFT) and density functional perturbation theory (DFPT) to obtain the ground state structural, elastic properties and dielectric, piezoelectric properties of various ABO3 type ceramics and their {AxA'(1-x)}BO3 and A{BxB'(1-x)}O3 alloys, respectively. To represent alloy perovskites, we employ supercells with species A, A'=Ba, Sr, Pb; B, B'=Ti, Zr. The effects of composition and atomic configuration/order on lattice structure, thermodynamics, elastic constants and dielectric properties are evaluated. In calculations, we have used linear response and homogeneous field methods and we have also provided an assessment of the performance of these approaches in determination of aforementioned properties. The results of the A/B site complex perovskite calculation show that the alloy perovskites can be mixed mechanically and thermodynamically. As the first aim of the thesis, we have observed dielectric and piezoelectric properties for the cubic form of alloy perovskites. Even though the cubic forms of alloy perovskites don't have any piezoelectric properties, since the crystallographic site is occupied by different type of atoms, the inversion symmetry breaks down and the structures develop small tetragonality due to which a piezoelectric behavior is expected. We have obtained nonzero piezoelectric coefficients coefficient for BaZr_((1-x)) Ti_x O_3, the maximum magnitude of which was 0.554 x 〖10〗^(-15) C/N. The perovskites alloys are more likely to be piezoelectric candidates in the near future, opening a door to find and design new non-centrosymmetric perovskites. We hope that piezoelectric perovskite alloys whose piezoelectric coefficient are in the feasible range of 〖∽10〗^(-12) C/N or larger. The second aim of the thesis deals with the elastic and piezoelectric properties of tetragonal type ABO3 alloy perovskite structures that are considered tetragonal at zero hydrostatic pressure. We have calculated the piezoelektric properties of ABO3 type perovsites and their effect of A-sites and B-sites on piezoelectricity. We have obtained results twice or three times higher than the nominal value of piezoelectric coefficients. The main objective of the thesis is to give a comprehensive study of the piezoelectic phenomeon and to design previously unknown and tremendous piezoelectric coefficient ABO3 type perovskite structures.
Benzer Tezler
- Piezoelektrik malzemelerin bünye denklemleri
Constituve equations of piezoelectric materials
SEMİH DOĞRUKOL
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Makine MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. M. REŞİT USAL
- Piezoelektrik kompozitlerin elektromekanik özelliklerinin analizi
Analysis of electromechanical properties of piezoelectric composites
HASAN AKSÜT
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CELALETDİN ERGUN
- Yaş kemikler için elektromekanik bir model
An Electromechanical model for wet bones
M.TACETTİN ŞARIOĞLU
- Modeling for vibration analysis of thin non-uniform plates using Heaviside Functions
Ince düzgünsüz plakaların titreşim analizi için Heaviside Fonksiyonları kullanarak Modelleme
MEHMET MURAT GÖZÜM
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA İPEK BAŞDOĞAN
- Ultrasonik dönüştürücü
Başlık çevirisi yok
SALİH GÜNEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiElektronik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İNAN GÜLER