Kurşunsuz Sodyum Bizmut Titanat (NBT) Esaslı Seramiklerin Yapısal, Dielektrik Özellikleri ve Empedans Spektroskopi Analizleri

Kurşunsuz sistemler arasında yer alan sodyum bizmut titanat [(Na0,5,Bi0,5)TiO3 ; (NBT)] esaslı seramikler önemli piezoelektrik özelliklere sahiptirler. Ancak, katkısız NBT seramiklerin yüksek iyonik iletkenliğe ve oda sıcaklığında yüksek kalıntı polarizasyona sahip olmaları nedeniyle kutuplanmaları zordur. Bu nedenle günümüzde ikili (Na0,5,Bi0,5)TiO3-BaTiO3 ve üçlü (Na0,5,Bi0,5)TiO3-BaTiO3-(K0,5,Na0,5)NbO3seramik sistemleri (Pb,Zr)TiO3 alternatif sistemler olarak geliştirilmeye çalışılmaktadır. Bu çalışmada, katkısız NBT seramiklerin yanı sıra 0,94(Na0,5,Bi0,5)TiO3-0,06BaTiO3 (NBT-BT) ve 0,92(Na0,5,Bi0,5)TiO30,06BaTiO3-0,02(K0,5,Na0,5)NbO3 (NBT-BT-KNN) seramiklerin yapısal ve dielektrik özellikleri detaylı olarak araştırılmıştır. X-ışınları analizlerinden tüm seramiklerin herhangi bir ikincil faz içermeden perovskit yapıda kristalleştiği gözlemlenmiştir. Söz konusu sistemlerin elektriksel davranışları empedans spektroskopisi yöntemi kullanılarak 100 Hz’ den 10 MHz’e kadar frekansın bir fonksiyonu olarak ortaya konulmuştur. NBT, NBT-BT ve NBT-BT-KNN seramiklerin göreceli yoğunlukları sırasıyla % 94, % 98 ve %96’dır. Dielektrik sabitinin en yüksek olduğu sıcaklık (Tm) NBT, NBT-BT ve NBT-BT-KNN seramiklerde sırasıyla 328oC, 300oC ve 287 oC olarak ölçülmüştür. Yapılan katkılar ile Tm daha düşük sıcaklıklara ötelenmiştir. NBT seramiklerin oda sıcaklığındaki dielektrik sabitleri 646 iken, NBT-BT ve NBT-BT-KNN seramiklerin dielektrik sabitleri sırasıyla 1451 ve 1487’dir

Structural and Dielectric Properties of Lead-Free Sodium Bismuth Titanate (NBT) Ceramics and Their Impedance Spectroscopy Analyses

Among lead-free based piezoelectric ceramics with perovskite structure, sodium bismuth titanate based ceramics [(Na0,5,Bi0,5)TiO3 ; (NBT)] have very important piezoelectric properties. However, the polling process of unmodified NBT ceramics is very difficult due to exhibiting high ionic conductivity and large coercive field at room temperature.Therefore, nowadays binary 0,94(Na0,5,Bi0,5)TiO3-0,06BaTiO3 and ternary (Na0,5,Bi0,5)TiO3-BaTiO3-(K0,5,Na0,5)NbO3 systems have been developed to alternative (Pb,Zr)TİO3 ceramics. In this study, the structural and dielectric properties of unmodified NBT ceramics as well as (Na0,5,Bi0,5)TiO3-BaTiO3 (NBT-BT) and 0,92(Na0,5,Bi0,5)TiO3-0,06BaTiO3-0,02(K0,5,Na0,5)NbO3(NBT-BT-KNN) ceramics were investigated in detail. All ceramics were crystallized perovskite structure without any secondary phase which to be observed from X-ray analyzed. The electrical behavior of all ceramics was exhibited with an impedance spectroscopy as a function of frequency from 100 Hz up to 10 MHz. The relative density of NBT, NBT-BT and NBT-BT-KNN ceramics were 94%, 98% and 96%, respectively. The highest dielectric constant of measured temperatures (Tm) in NBT, NBT-BT and NBTBT-KNN NBT, NBT-BT and NBT-BT-KNN ceramics were 328oC, 300oC and 287oC, respectively. Tm point was shifted to the lower temperatures with modification. The dielectric constants of NBT, NBT-BT and NBT-BT-KNN NBT were 646, 1451 and 1487 at room temperature, respectively. © Afyon Kocatepe Üniversitesi

___

  • Alkoy S., Dursun, S., 2012. Processing and Properties of Textured Potassium Strontium Niobate (KSr2Nb5O15) Ceramic Fibers – Texture Development. J. Am. Ceram. Soc., 95[3], 937-945.
  • Heartling, G.H., 1999. Ferroelectric Ceramics: History and Technology. J. Am. Ceram. Soc., 82, 797-818 [4].
  • Lee, W.C., Huang, C.Y., Tsao, L.K., Wu, Y.C, 2009. Chemical composition and tolerance factor at the morphotropic phase boundary in (Bi0.5Na0.5)TiO3- based piezoelectric ceramics. J. Eur. Ceram. Soc., 29, 1443-1448.
  • Li, Y., Chen, W., Zhou, J., Xu, Q., Gu, X., Lia, R., 2005. Impedance spectroscopy and dielectric properties of Na0.5Bi0.5TiO3–NaNbO3 ceramics. Physica B, 365, 76- 81.
  • Lin, Y., Zhao S., Cai, N., Wu J., Zhou, X., Nan, C.W., 2003. Effects of doping Eu2O3 on the phase transformation and piezoelectric properties of Na0.5Bi0.5TiO3-based ceramics. Material. Sci. and Eng. B, 99, 449-452.
  • Maeder, M.D., Damjanovic, D., Setter, N., 2004. Lead Free Piezoelectric Materials. J. Electroceram., 13, 385-392.
  • Menşur Alkoy, E., Yavuz, A.B., 2012. Electrical properties and impedance spoectroscopy of pure and copper oxide added potassium sodium niobate ceramics. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, 59 (10), 1121-1128.
  • Moulson, A.J., and Herbert, J.M., 2003, Electroceramic: Materials Properties and Applications, John Wiley and Sons Inc., 85-89.
  • Pisarevsky, Y.V., Senyushenkov, P.A., Mill, B.V., Moisseeva, N.A., 1998. Elastic, Piezoelectric, Dielectric Properties of La3Ga5.5Ta0.5O14 Single Crystals. IEEE International Frequency Control Symposium, 742-747.
  • Saito, Y., Takao, H., Tani, T., Nonoyama, T., Takatori, K., Homma, T., Nagaya, T., Nakamura, M., 2004. Lead- free piezoceramics. Nature, 432, 84-87.
  • Sakata, K., Takenaka, T., Takai, H., Shoji, K., 1978. Hot- forged ferroelectric ceramics of some bismuth compounds with layer structure. Ferroelectrics, 22, 825-826.
  • Schmitt, L.A., Kling, J., Hinterstein, M., Hoelzel, M., Jo, W., Kleebe, H.J., Fuess, H., 2011. Structural investigations on lead-free Bi1/2Na1/2TiO3-based Piezoceramics. J. Mater Sci, 46, 4343-4376.
  • Shao, S., Zhang, J., Zhang, Z., Zheng, P., Zhao, M., Li, J., Wang, C., 2008. High piezoelectric properties and domain configuration in BaTiO3 ceramics obtained through the solid-state reaction route. J. Phys D: Appl. Phys. 41, 125408.
  • Shrout, T.R., Zhang, S.J., 2007. Lead-free piezoelectric ceramics: Alternatives for PZT? J. Electroceram., 19, 111-124.
  • Suchanicz, J., Kusz, J., Böhm, H., Duda, H., Mercurio, J.P., Konieczny, K., 2003. Structural and dielectric properties of (Na0.5Bi0.5)0.70Ba0.30TiO3 ceramics. J. Eur. Ceram. Soc., 23, 1559-1564.
  • Yılmaz, H., Mckinstry, S.T., Messing, G.L., (2003). (Reactive) Templated Grain Growth of Textured Sodium Bismuth Titanate (Na1/2Bi1/2TiO3-BaTiO3) Ceramics—II Dielectric and Piezoelectric Properties. Journal of Electroceramics, 11, 217-226.
  • Zhang, S., Kounga, A.B., Aulbach, E., Jo, W., Granzow, T., Ehrenberg , H., Rödel, J., 2008 Lead-free piezoceramics with giant strain in the system Bi0.5Na0.5TiO3–BaTiO3–K0.5Na0.5NbO3. Temperature dependent properties. J.Appl. Phys., 103, 0.3410817. II.
  • Zhou, J., Peng, W.W., Zhang, D., Yang, X.Y., Chen, W., 2008. Polarization properties of Na1/2Bi1/2TiO3 system: First-principles calculation and experiment. Computational Material Science, 44, 67-71.
Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 6 Sayı
  • Başlangıç: 2015
  • Yayıncı: AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ
Sayıdaki Diğer Makaleler

Talk-Kaolen-Alumina Seramik Sisteminde Kordiyerit Oluşumuna Mekanik Aktivasyonun Etkisi

Süha YÜRÜYEN, Nil TOPLAN, Kenan YILDIZ, H. Özkan TOPLAN

Elektroeğirme Yöntemiyle Üretilen GaInP Nanoliflerin Elektriksel ve Optik Karakterizasyonu

Atilla EVCİN, Nalan Çiçek BEZİR, Refik KAYALI, Mehmet ARI, Abdullah KÜÇÜK

Mekanik Bilyalı Öğütme Yöntemiyle Gümüş Yüklenmiş TiO2 Tozlarının Fotokatalitik Özellikleri

Jongee PARK, Abdullah ÖZTÜRK

Mimaride Kullanılan Çinilerin Bozunma ve Aşınma Davranışları

Murat BAYAZİT, İskender IŞIK

Kırmızı Çamur Katkılı Tuğla Üretimin Araştırılması (025785) (537-540)

İsmail DEMİR, M.serhat BAŞPINAR, Erhan KAHRAMAN

Elektroeğirme Yöntemiyle Bor Katkılı Hidroksiapatit Nanoliflerin Üretimi ve Karakterizasyonu

Abdullah KÜÇÜK, Atilla EVCİN

Kesici Takımlar İçin Sol-jel Nanosıvıların Hazırlanması ve Karakterizasyonu

İşıl BİRLİK, N.funda Ak AZEM, Recep YİĞİT, Mustafa EROL, Serdar YILDIRIM, Metin YURDDAŞKAL, Orkut SANCAKOĞLU, Erdal ÇELİK

Gaz Sensörleri için Sol-jel Yöntemiyle Cam Altlıklar Üzerine Cu:SnO2 Filmlerinin Üretilmesi ve Karakterizasyonu (025765) (407-416)

Serdar ELBEYLİ, Mustafa EROL, İşıl BİRLİK, Mehmet Faruk EBELİOĞLUGİL, Ömer MERMER, Recep YİĞİT, Seher TAŞ, Mustafa TOPARLI, Erdal ÇELİK

Üç Bileşenli [Pb(Mg1/3Nb2/3)O3, Pb(Yb1/2Nb1/2)O3, PbTiO3] Piezoseramiklerine Mn İlavesi İle Elektriksel Sert Karakter Kazandırılması

Erdem AKÇA, İstek TATAR, Hüseyin YILMAZ, Cihangir DURAN

Doğal Zeolitlerin Seramik Pigment Olarak Kullanılabilirliği

Eda TASCİ, Nihal Derin COŞKUN, Keriman PEKKAN, Veli UZ