PMN-PT [Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3] ESASLI SERAMİKLERDE KOMPOZİSYONUN YAPISAL VE ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERE ETKİSİ

Hurşit Sefa AYDIN; Volkan KALEM

PMN-PT [Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3] ESASLI SERAMİKLERDE KOMPOZİSYONUN YAPISAL VE ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERE ETKİSİ

Hurşit Sefa AYDIN, Volkan KALEM

Öz

Bu çalışmada, çok kristalli (1-x)PMN-xPT [Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃] (x=0,30-0,39) piezoelektrik seramikleri katı-hal reaksiyon yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Üretim aşamasında istenilmeyen piroklor fazının oluşumunu engellemek için literatür çalışmalarından faydalanılarak %5 mol ekstra MgO tozu kullanılmıştır. Mikroyapı ve kompozisyon analizleri; taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışınları kırınımı (XRD) ile, elektriksel karakterizasyon ise empendans analizörü ve Berlincourt d33-piezometre kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ekstra MgO ve tek kalsinasyon adımı kullanılarak piroklor faz oluşumunun büyük oranda engellendiği görülmüştür. XRD sonuçları PT miktarının artışı ile birlikte rombohedral fazdan tetragonal faza bir dönüşüm olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca, değişen PMN-PT kompozisyonunun dielektrik ve piezoelektrik özellikler üzerindeki etkisi de incelenmiştir. Deneysel sonuçlar, 0,30<x<0,39 kompozisyon aralığında rombohedral ve tetragonal fazların bir arada olduğunu ve x=0,33 kompozisyonunun optimum elektriksel özellikler (d₃₃=480 pC/N, K^T=4555,5, k_p=0,505, tanδ=%2,9, Q_m=59,6, T_c=150 °C) sergilediğini göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

Piezoelektrik Özellikler; Dielektrik Özellikler; Perovskit; Piroklor; PMN-PT

Tam Metin:

PDF

Referanslar

Bouquin O., Lejeune M., Boilot J-P., 1991, “Formation of the Perovskite Phase in the PbMg1/3Nb2/3O3-PbTiO3 System”, Journal of the American Ceramic Society, Cilt 74, Sayı 5, ss. 1152-1156.

Brown L. F., Carlson R. L., Sempsrott J. M., Stranford G. T., Fitzgerald J. J., 1997, “Investigation of the Dielectric and Piezoelectric Properties of PMN and PMN-PT Materials for Ultrasonic Transducer Applications”, IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings, Cilt. 1, ss. 561-564.

Cao Z., Li G., Zeng J., Zheng L., Yin Q., 2010, “Phase transition behaviour and enhanced electromechanical properties in Sr modified 0.65PbMg1/3Nb2/3O3–0.35PbTiO3 ceramics”, Journal of Physics D – Applied Physics, Cilt 43, ss. 015405 1-7.

Choi S. W., Shrout T. R., Jang S. J., Bhalla A. S., 1989, “Dielectric and Pyroelectric Properties in the Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 System”, Ferroelectrics, Cilt 100, ss. 29-38.

Cross L. E., 1994, “Relaxor Ferroelectrics”, Ferroelectrics, Cilt 151, ss. 305-320.

Eugene V. C., Yushin N. K., Viehland D., 1998, “Dielectric properties of (PMN)(1−x)(PT)x single crystals for various electrical and thermal histories”, Journal of Applied Physics, Cilt 83, Sayı 6, ss. 3298-3304.

Fengbing S., Qiang L., Haisheng Z., Chunhong L., Shixi Z., Dezhong S., 2004, “Phase Formation and Transitions in the Lead Magnesium Niobate–Lead Titanate System”, Materials Chemistry and Physics, Cilt 83, ss. 135–139.

Gerber P., Böttger U., Waser R., 2006, “Composition Influences on the Electrical and Electromechanical Properties of Lead Zirconate Titanate Thin Films”, Journal of Applied Physics, Cilt 100, ss. 124105 1-8.

Guha J. P., 1999, “Reaction chemistry and subsolidus phase equilibria in lead-based relaxor systems: Part I - Formation and stability of the perovskite and pyrochlore compounds in the system PbO-MgO-Nb2O5”, Journal of Materials Science, Cilt 34, ss. 4985-4994.

Haertling G. H., 1999, “Ferroelectric Ceramics: History and Technology”, Journal of the American Ceramic Society, Cilt 82, Sayı 4, ss. 797- 818.

Inada, M, 1977, “Analysis of the Formation Process of the Piezoelectric PCM Ceramics”, National Technical Report (Matsushita Elect. Ind. Co.), Cilt 27, Sayı 1, ss. 95-102.

Kelly J., Leonard M., Tantigate C., Safari A., 1997, “Effect of Composition on the Electromechanical Properties of (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–xPbTiO3 Ceramics” Journal of the American Ceramic Society, Cilt 80, Sayı 4, ss. 957–964.

Park S. E., Shrout T. R., 1997a, “Ultrahigh strain and piezoelectric behavior in relaxor based ferroelectric single crystals,” Journal of Applied Physics, Cilt 82, Sayı 4, ss. 1804–1811.

Park S. E., Shrout T. R., 1997b, “Relaxor based ferroelectric single crystals for electro-mechanical actuators,” Materials Research Innovations, Cilt 1, Sayı 1, ss. 20–25.

Shrout T. R., Swartz S. L., 1983, “Dielectric Properties of Pyrochlore Lead Magnesium Niobate”, Materials Research Bulletin, Cilt 18, ss. 663-67.

Swartz S. L., Shrout T. R., 1982, ‘‘Fabrication of Perovskite Lead Magnesium Niobate’’ Materials Research Bulletin, Cilt 17, Sayı 10, ss. 1245–1250.

Swartz S. L., Shrout T. R., Schulze W. A., Cross L. E., 1984, “Dielectric Properties of Lead Magnesium Niobate Ceramics,” Journal of the American Ceramic Society, Cilt 67, Sayı 5, ss. 311-315.

Taşpınar E., 1997, Production and Characterization of Lead Zirconate Titanate and Lead Magnesium Niobate-Lead Titanate Piezoceramics, Yüksek Lisans Tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.

Wakiya N., Saiki A., Ishizawa N., Shinozaki K., Mizutani N., 1993, "Crystal-Growth, Crystal-Structure and Chemical-Composition of A Pyrochlore Type Compound in Lead-Magnesium-Niobium-Oxygen System," Materials Research Bulletin, Cilt 28, Sayı 2, ss. 137-143.

Wakiya N., Kim B. H., Shinozaki K., Mizutani N., 1994, "Composition Range of Cubic Pyrochlore Type Compound in Lead Magnesium Niobium Oxygen System", Journal of the Ceramic Society of Japan, Cilt 102, Sayı 6, ss. 612-615.

West R. C., Astle M. J. (editörler), 1979-1980, Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, Boca Raton, FL, A.B.D.

Wongmaneerung, R., Rittidech, A., Khamman, O., Yimnirun, R., Ananta, S., 2009, “Processing and properties of Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 based ceramics”, Ceramics International, Cilt 35, ss. 125-129.

DOI: https://doi.org/10.15317/Scitech.2016218522