بررسی اثر آلاییدن 5/2% مولی سریم بر رفتار الکتروتنگش پیزوسرامیک عاری از سرب (

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

راضیه حیاتی ¹ , محمد علی بهره ور ² , تورج عبادزاده ³

1 - دانشجوی دکترای مهندسی مواد، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج
2 - دانشیار و عضو هیات علمی پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج
3 - استاد و عضو هیات علمی پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج

تاريخ الإرسال : 28 الإثنين , ربيع الثاني, 1439 تاريخ التأكيد : 18 الإثنين , ربيع الأول, 1440 تاريخ الإصدار : 16 الأحد , شعبان, 1440

الکلمات المفتاحية: سرامیک بدون سرب BZT-50BCT, الکتروتنگش, CeO2, فروالکتریک,

ملخص المقالة :

در این پژوهش رفتار الکتروتنگش سرامیک‌های بدون سرب[(Ba0.85Ca0.15)1-xCex/2](Zr0.1Ti0.9)O3 (BCCexZT) که با استفاده از روش تف جوشی حالت جامد تهیه شدند، بررسی شد. این سرامیک‌ها درمحدوده‌ی دمایی °C1450-1350 به مدت 4 ساعت تف جوشی شدند و نقش آلاینده‌ی سریا بر رفتار الکتروتنگش آن‌ها مطالعه شد. فازهای بلوری و ریزساختار نمونه‌ها با استفاده از روش‌های پراش اشعه‌ی X (XRD) و میکروسکوب الکترونی (SEM) مطالعه شدند و از اندازه گیری منحنی‌های هیسترزیس کرنش-میدان و قطبش-میدان در دماهای مختلف برای محاسبه‌ی ضرایب الکتروتنگش استفاده شد. وابستگی دمایی قطبش و کرنش القایی از میدان نشان داد که ضرایب الکتروتنگش به دست آمده از هر دو نوع قطبش و کرنش تک قطبی و دو قطبی تقریباً با هم برابر است و با توجه به این که دمای کوری ترکیب BCCe0.025ZT در نزدیکی دمای محیط واقع شده است، در کل محدوده‌ی دمایی ̊C110-20 در حدود 90 تا 100% از قطبش و کرنش القایی به اثر الکتروتنگش نسبت داده می‌شود. ب. بر اساس نتایج به‌دست آمده، نمونه‌ی BCZT حاوی 5/2% مولی سریم که در دمای °C1450 تف جوشی شد بزرگترین ضرایب الکتروتنگش m4/C2 063/0=Q33 و m2/V216-10×4/3 M33= را دارا بود که از مقادیرگزارش شده برای انواع ترکیب‌های BZT-50BCT در سایر مقالات بزرگتر بوده و این ترکیب را قابل رقابت با انواع ترکیب‌های بر پایه‌‌ی سرب می‌نماید.

المصادر:

References:
[1] J. Rödel, W. Jo, K. T. P. Seifert, E. M. Anton, T. Granzow, and D. Damjanovic, "Perspective on the development of lead-free piezoceramics," Journal of the American Ceramic Society, vol. 92, pp. 1153-1177, 2009.
[2] L. E. Cross and R. E. Newnham, "History of Ferroelectrics," in Ceramics and civilization: High-technology ceramics-Past, present and future vol. III, W. D. Kingery, Ed., ed. USA: The American Ceramic Society Inc., 1986.
1- Technische Universität Darmstadt
[3] J. Rödel, K. G. Webber, R. Dittmer, W. Jo, M. Kimura, and D. Damjanovic, "Transferring lead-free piezoelectric ceramics into application," Journal of the European Ceramic Society, vol. 35, pp. 1659-1681, 2015.
[4] W. Liu and X. Ren, "Large piezoelectric effect in Pb-free ceramics," Physical Review Letters, vol. 103, p. 257602, 2009.
[5] F. Li, L. Jin, and R. Guo, "High electrostrictive coefficient Q33 in lead-free Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-
2% مولی سریم بر رفتار الکتروتنگش پیزوسرامیک عاری از سرب... / 112 بررسی اثر آلاییدن 5
x(Ba0.7Ca0.3)TiO3 piezoelectric ceramics," Applied Physics Letters, vol. 105, p. 232903, 2014.
[6] M. Acosta, N. Novak, G. A. Rossetti, and J. Rödel, "Mechanisms of electromechanical response in (1 − x)Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3 ceramics," Applied Physics Letters, vol. 107, p. 142906, 2015.
[7] F. Li, L. Jin, Z. Xu, and S. Zhang, "Electrostrictive effect in ferroelectrics: An alternative approach to improve piezoelectricity," Applied Physics Reviews, vol. 1, p. 011103, 2014.
[8] W. R. C. Bernard Jaffe, Hans Jaffe, Piezoelectric Ceramics. London & New York: Academic Press, 1971.
[9] C. Ang and Z. Yu, "High, Purely Electrostrictive Strain in Lead-Free Dielectrics," Advanced Materials, vol. 18, pp. 103-106, 2006.
[10] F. Xiao, W. Ma, Q. Sun, Z. Huan, J. Li, and C. Tang, "The electrostrictive effect and dielectric properties of lead-free 0.5Ba(ZrxTi1−x)O3–0.5(Ba0.75Ca0.25)TiO3 ceramics," Journal of Materials Science: Materials in Electronics, pp. 1-6, 2013/03/21 2013.
[11] H. Jin Hyun and H. Young Ho, "Dielectric Properties of (Ba1- x Cex )TiO3," in Japanese Journal of Applied Physics vol. 39, ed, 2000, p. 2701.
[12] D. Makovec, Z. Samardžija, and D. Kolar, "Solid Solubility of Cerium in BaTiO3," Journal of Solid State Chemistry, vol. 123, pp. 30-38, 1996.
[13] H. J. Hyun and H. Y. Ho, "Electrical Properties of Cerium‐Doped BaTiO3," Journal of the American Ceramic Society, vol. 84, pp. 1750-1754, 2001.
[14] Raziye Hayati, Mohammad Ali Bahrevar, Yadolah Ganjkhanlou, Virginia Rojas, and J. Koruza, "Electromechanical properties of Ce-doped (Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3 lead-free piezoceramics," Advanced Ceramics, 2019.
[15] Jigong Hao, Wangfeng Bai, Wei Li, and J. Zhai, "Correlation between the microstructure and electrical properties in high-performance (Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3 lead-free piezoelectric ceramics," Journal of the American Ceramic Society, vol. 95, pp. 1998-2006, 2012.
[16] A. Chen, J. Zhi, and Y. Zhi, "Ferroelectric relaxor Ba(Ti,Ce)O3," Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 14, p. 8901, 2002.
[17] L. P. Curecheriu, M. Deluca, Z. V. Mocanu, M. V. Pop, V. Nica, N. Horchidan, et al., "Investigation of the ferroelectric–relaxor crossover in Ce-doped BaTiO3 ceramics by impedance spectroscopy and Raman study," Phase Transitions, vol. 86, pp. 703-714, 2013.
[18] K. Uchino and S. Nomura, "Critical exponents of the dielectric constants in diffused-phase-transition crystals," Ferroelectrics, vol. 44, pp. 55-61, 1982.
[19] I. Coondoo, N. Panwar, H. Amorin, M. Alguero, and A. L. Kholkin, "Synthesis and characterization of lead-free 0.5Ba(Zr 0.2Ti0.8)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3 ceramic," Journal of Applied Physics, vol. 113, pp. 214107-6, 2013.
[20] C. A. Randall, N. Kim, J.-P. Kucera, W. Cao, and T. R. Shrout, "Intrinsic and Extrinsic Size Effects in Fine-Grained Morphotropic-Phase-Boundary Lead Zirconate Titanate Ceramics," Journal of the American
113 مجله مواد نوین/ جلد 9/شماره 3 / بهار 1398
Ceramic Society, vol. 81, pp. 677-688, 1998.
[21] J.-H. Park, B.-K. Kim, and S. J. Park, "Electrostrictive Coefficients of 0.9Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.1PbTiO3 Relaxor Ferroelectric Ceramics in the Ferroelectricity-Dominated Temperature Range," Journal of the American Ceramic Society, vol. 79, pp. 430-434, 1996.
[22] R. Hayati, M. A. Bahrevar, T. Ebadzadeh, V. Rojas, N. Novak, and J. Koruza, "Effects of Bi2O3 additive on sintering process and dielectric, ferroelectric, and piezoelectric properties of (Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3 lead-free piezoceramics," Journal of the European Ceramic Society, vol. 36, pp. 3391-3400, 2016.
[23] J. Hao, Z. Xu, R. Chu, W. Li, P. Fu, J. Du, et al., "Structure evolution and electrostrictive properties in (Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3–M2O5 (M = Nb, Ta, Sb) lead-free piezoceramics," Journal of the European Ceramic Society, vol. 36, pp. 4003-4014, 2016.
[24] J. Hao, Z. Xu, R. Chu, W. Li, P. Fu, J. Du, et al., "Large electrostrictive effect and strong photoluminescence in rare-earth modified lead-free (Bi0.5Na0.5)TiO3-based piezoelectric ceramics," Scripta Materialia, vol. 122, pp. 10-13, 9// 2016.
[25] V. Bobnar, B. Malič, J. Holc, M. Kosec, R. Steinhausen, and H. Beige, "Electrostrictive effect in lead-free relaxor K0.5Na0.5NbO3–SrTiO3 ceramic system," Journal of Applied Physics, vol. 98, p. 024113, 2005.
[26] K. Uchino, S. Nomura, L. E. Cross, R. E. Newnham, and S. J. Jang, "Electrostrictive effect in perovskites

_||_