سنتز پیزوالکتریک بدون سرب (Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3به روش آلیاژسازی مکانیکی

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

محمدرضا غضنفری ¹ (دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مواد دانشکده مواد دانشگاه صنعتی شیراز)
رسول امینی ² (استادیار گروه مهندسی مواد دانشکده مواد دانشگاه صنعتی شیراز)
مرتضی علیزاده ³ (استادیار گروه مهندسی مواد دانشکده مواد دانشگاه صنعتی شیراز)
حامد احمدی اردکانی ⁴ (دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مواد دانشکده مواد دانشگاه صنعتی شیراز)
محمد غفاری ⁵ (دکترای مهندسی مواد دانشکده برق دانشگاه صنعتی تایتانگ سنگاپور)

تاریخ دریافت : 1394/10/09 تاریخ پذیرش : 1394/10/09 تاریخ انتشار : 1390/07/01

کلید واژه: آلیاژسازی مکانیکی, پیزوالکتریک بدون سرب, BNBT, آنالیز ساختاری, آنالیز حرارتی,

چکیده مقاله :

در این پژوهش، ترکیب الکتروسرامیک بیسموت – سدیم - باریم تیتانات (Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3 ((BNBT به روش آلیاژسازی مکانیکی تولید شد و ساختار، ریزساختار، ترکیب شیمیایی و رفتار حرارتی آن به ترتیب به وسیله‌ی آنالیز پراش اشعه‌ی ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آنالیز EDX و آنالیز حرارتی DTA/TG بررسی شد. به‌کمک آنالیز XRD مشخص شد که در زمان‌های نخستین آسیاب‌کاری، پیک‌های مربوط به مواد اولیه حذف شده و پس از آسیاب‌کاری تا 150 ساعت فاز پروسکایت BNBT به گونه‌ی جزیی تشکیل شده و به مرور زمان آسیاب‌کاری تا 300 ساعت به گونه‌ای تقریباً کامل تشکیل می‌گردد. هم‌چنین، به‌دلیل پهن شدگی پیکی که در 2θ بزرگ‌تر از o35 وجود دارد (بویژه در زمان 150 ساعت) حضور مقدار زیادی فاز آمورف در ساختار مشخص است. نتایج آنالیز ریزساختاری نشان داد که با پیشرفت آسیاب‌کاری، اندازه‌ی ذرات پودر به گونه‌ای پیوسته، کاهش یافته و مورفولوژی آن‌ها هم‌محور می‌شود. هم‌چنین، ارزیابی ترکیب شیمیایی، توزیع همگن و یکنواخت عناصر را نشان داد. نتایج آنالیز حرارتی حضور فاز آمورف و هم‌چنین، ایجاد فاز پروسکایت در حین آسیاکاری را تایید نمود.  

منابع و مأخذ:

1- T. Takenaka, H. Nagata, "Current status andprospects of lead-free piezoelectric ceramics", J.

Eur. Ceram. Soc. 25 ,2693-2700, (2005).

2- P. K. Panda, "Review: environmental friendlylead-free piezoelectric materials", J. Mater. Sci.

44:5049-5062, (2009).

3- T. Takenaka & H. Nagata & Y. Hiruma & Y.Yoshii & K. Matumoto, " Lead-free piezoelectric

ceramics based on perovskite structures", J.Electroceram. 19:259–265, (2007).

4- Y. Saito, H. Takao and et al, "High PerformanceLead-free Piezoelectric Material", Spec. Iss. Proc.

Desi. Single Crys. Textur. Polycrys. Adv. Elec.Dev. (2009).

5- F. Cordero, F. Craciun, F. Trequattrini, E.Mercadelli, and C. Galassi, " Phase transitions and

phase diagram of the ferroelectric perovskite(Na0.5Bi0.5)1−xBaxTiO3 by anelastic and

dielectric measurements", Phys. Rev. B 81, 124-144 (2010).

6- M. S. Yoon , N. H. Khansur, B. K. Choi, Y. G.Lee, S. C. Ur, "The effect of nano-sized BNBT on

microstructure and dielectric/piezoelectricproperties", Ceram. Int. 35, 3027–3036, (2009).

7- T. Takenaka, H. Nagata, and Y. Hiruma, "Current Developments and Prospective of LeadFree

Piezoelectric Ceramics", Jpn. J. Appl. Phys.Vol. 47, No. 5, pp. 3787–3801,( 2008).

8- W. Chen, S. Kume, K. Watari, " Molten saltsynthesis of 0.94(Na1 / 2Bi1 / 2)TiO3 0.06BaTiO3

powder", Mater. Lett. 59, 3238 – 3240, (2005).

9- M. Cernea, E. Andronescu, R. Radu, F. Fochi, C.Galassi, " Sol–gel synthesis and characterization of

BaTiO3-doped (Bi0.5Na0.5)TiO3 piezoelectric ceramics", J. Alloys. Compd. 490, 690–694,

(2010).

10- G. Picht, J. Töpfer, E. Hennig, " Structuralproperties of (Bi0.5Na0.5)1−xBaxTiO3 lead-free

piezoelectric ceramics", J. Eur. Ceram. Soc. 30,3445–3453, (2010).

11- I. S. Wiza, B. Hilczer, E. Talik, A. Pietraszko,B. Malic, " Ferroelectric perovskite nanopowders

obtained by mechanochemical Synthesis", ",

Process. Appl. Cer. 4 [3] 99–106, (2010).

12- E. Mercadelli, A. Sanson, C. Capiani, A. L.Costa, C. Galassi, " Influence of the synthesis route

on the properties of BNBT ceramics", Process.Appl. Cer. 3 [1-2] 73–78, (2009).

13- R. Amini M. J. Hadianfard E. Salahinejad M.Marasi . T. Sritharan, "Microstructural phase

evaluation of high-nitrogen Fe–Cr–Mn alloypowders synthesized by the mechanical alloying

process", J. Mater. Sci. 44:136–148, (2009).

14- P. Setasuwon, N. Vaneesorn, S. Kijamnajsuk,A. Thanaboonsombut " Nanocrystallization of

Bi0.5Na0.5TiO3 piezoelectric material", Sci.Technol. Adv. Mater., 6278–281, (2005).

15- E Mercadelli, C. Galassi , A. L. Costa , S.Albonetti , A. Sanson, " Sol–gel combustion

synthesis of BNBT powders", J. Sol-Gel Sci.Technol. 46:39–45, (2008).

16- L. Yunfei, L.V. Yinong, X. Ming, S. Shuzhe,X. Hanqiao, Y. Xiaodong, " Structure and Electric

Properties of (1–x)(Bi1/2Na1/2) TiO3-xBaTiO3Systems", J. Wuhan Uni. Technol. Mater. Sci. Ed.

June (2007).

17- Y. Qu, D. Shan, J. Song, " Effect of A-sitesubstitution on crystal component and dielectric

properties in Bi0.5Na0.5TiO3 ceramics", Mater.Sci. Eng. B 121, 148–151, (2005).

18- M. S. Yoon, N. H. Khansur, S. C. Ur, " Theeffect of pre-milling/pre-synthesis process and

excess Ba on the microstructure anddielectric/piezoelectric properties of nano-sized

0.94 [(Bi0.5Na0.5) TiO3] – 0.06 [Ba (1+x) TiO3 ]",Ceram. Int. 36 , 1265–1275, (2010).

19- B. D. Stojanovic, " Mechanochemical synthesisof ceramic powders with perovskite structure", J.

Mater. Process. Technol. 143-144, 78-81, (2003).

20- M. D. Maeder, D. Damjanovic, N. Settir,"Lead Free Piezoelectric Materials", J.

Electroceram. 13, 385-392 (2004).

21- D. Kuscer, E. T. Sturm, et al, "Characterizationof the Amorphous Phase and the Nanosized

Crystallits in High-Energy-Milled LeadMagnesium-Niobate

Powder", J. Am. Ceram. Soc.92[6] 1224-1229 (2009)