سرامیک پیزوالکتریک بدو ن سرب نایوبات پتاسیم- سدیم؛ دشواری های فرآیند ساخت و مزیت های نسبی ایران: مطالعۀ موردی ایران و اسلوونی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

پژوهشکدۀ سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، البرز

چکیده

در بین ترکیبات مختلف ارائه شده در حوزۀ پیزوالکتری کهای بدو نسرب، نایوبات پتاسیم/ سدیم[KNN]به علت دارابودن دانسیتۀ کمتر و خواص الکتریکی قاب لقبول و نیز توانایی کارکرد در دماهای بالاتر،ا ز اهمیتویژ های برخوردار است. یکیا ز مشکلات اساسی کار با سرامیکKNNحساسیت این ترکیب به رطوبت هوا م یباشد. این پژوهش بر آن است تا مشخص کند شرایط آب و هوایی چگونه و تا چه حد م یتواند ویژگی های سرامیک پیزوالکتریک KNNرا تحت تاثیر قرار دهد. به همین منظور فرآیندهای سنتز و زینترا ین ماده در دو شهربا درصدهای رطوبت نسبی متفاوت در کشورهای ایران و اسلوونی موردبررسی قرار گرفت. دانسیتۀ نسبی نمونۀ سنتز/زینتر شده درایران و در کشوراسلوونی به ترتیب برابر94%و 91/5%م یباشد. با اعمال پیش حرارت دهی در منحنی زینترنمونه ها دراسلوونی در دمای45 درجه سانتیگراد به مدت 4 ساعتو نیز زینتر نمونه ها به صورت بوته باز، دانسیتۀ نمونه ها دراسلوونی تا93/4%ا فزایش یافت. کمتربودن دانسیتۀنمونه ها دراسلوونی با ارائۀ مکانیزمی مبتنی بر تشکیل و ذوب هیدروکسیدهاو کربناتهای قلیایی در دماهایی زیر دمای زینتر سرامیکKNN,که میتواند منجربه افزایش اندازۀ ذرات درست قبل ازشروع فرآیند زینتر شود، توجیه شدها ست. همچنین در منحنی تلفات الکتریکی بر حسب دما حین سردکردن، یک افزایشقابل ملاحظ های در مقدار فاکتور تلفات الکتریکی در سردشدن از دمای100 درجه سانتیگراد تا دمای محیط مشاهده شد. این مسأله نشان میدهد رطوبت بالای هوا در اسلوونی باعث میشود خواص دی الکتریک اندازه گیری شده به ویژه در دمایمحیط در فرکانس های پایین، مقادیر واقعی نباشند.

کلیدواژه‌ها


[1]        Jaffe, B., R.S. Roth, and S. Marzullo, Piezoelectric properties of lead zirconate-lead titanate solid-solution ceramics. Journal of Applied Physics, 1954. 25(6): 809-810.

[2]        Safari, A. and E.K. Akdogan, Piezoelectric and Acoustic Materials for Transducer Applications. 2008, New York: Springer.

[3]        Uchino, K., Ferroelectric Devices. Materials Engineering. 2000, New York: Marcel Dekker.

[4]        Jaffe, B., Cook, W.R. and Jaffe, H.L., Piezoelectric ceramics. Non-metallic solids. 1971, New York, NY, USA: Academic Press.

[5]        Eveloy, V., et al., Are you ready for lead-free electronics. IEEE Transactions on Components and Packing Technologies, 2005. 28(4): 884-894.

[6]        Saito, Y., et al., Lead-free piezoceramics. Nature, 2004. 432(7013): 84-87

[7]        Egerton, L. and D.M. Dillon, Piezoelectric and dielectric properties of ceramics in the system potassium-sodium niobate. Journal of the American Ceramic Society, 1959. 42(9): 438-442.

[8]        Ringgaard, E. and T. Wurlitzer, Lead-free piezoceramics based on alkali niobates. Journal of the European Ceramic Society, 2005. 25: 2701–2706.

[9]        Haugen, A.B., et al., Sintering of sub-micron K0.5Na0.5NbO3 powders fabricated by spray pyrolysis. Journal of the European Ceramic Society, 2015. 35: 1449-1457.

[10]      www.alborz-met.ir (Accessed 4th May 2015).

[11]      www.meteo.arso.gov.si (Accessed 4th May 2015).

[12]      Bomlai, P., et al., Effect of calcination conditions and excess alkali carbonate on the phase formation and particle morphology of Na0.5K0.5NbO3 powders. Journal of the American Ceramic Society, 2007. 90(5): 1650-1655.

[13]      Pavlič, J., B. Malič, and T. Rojac, Microstructural, structural, dielectric and piezoelectric properties of potassium sodium niobate thick films. Journal of the European Ceramic Society, 2014. 34: 285-295.

[14]      Fang, J.A., et al., Narrow sintering temperature window for (K, Na)NbO3-based lead-free piezoceramics caused by compositional segregation. Physica Status Solidi a-Applications and Materials Science, 2011. 208(4): 791-794.

[15]      Acker, J., et al., Microstructure of sodium-potassium niobate ceramics sintered under high alkaline vapor pressure atmosphere. Journal of the European Ceramic Society, 2014. 34: 4213-4221.

[16]      Fisher, J.G. and S.J.L. Kang, Microstructural changes in (K0.5Na0.5)NbO3 ceramics sintered in various atmospheres. Journal of the European Ceramic Society, 2009. 29(12): 2581-2588.

[17]      Hagh, N.M., B. Jadidian, and A. Safari, Property-processing relationship in lead-free (K, Na, Li) NbO3-solid solution system. Journal of Electroceramics, 2007. 18(3-4): 339-346.

[18]      Feizpour, M., et al., Solid state sintering of K0.50Na0.50NbO3 synthesized from the alkali carbonate-based low temperature calcined powder, in Piezo2015 - Electroceramics for End-Users VIII. 2015: Maribor, Slovenia.

[19]      Flückiger, U. and H. Arend, On the preparation of pure, doped and reduced KNbO3 single crystals. Journal of Crystal Growth, 1978. 43(4): 406-416.

[20]      Jenko, D., et al., Electron microscopy studies of potassium sodium niobate ceramics. Microscopy and Microanalysis, 2005. 11(6): 572-580.

[21]      Li, J.-F., et al., (K, Na)NbO3-based lead-free piezoceramics: Fundamental aspects, processing technologies, and remaining challenges. Journal of the American Ceramic Society, 2013. 96(12): 3677-3696.

[22]      Malic, B., et al., Synthesis of sodium potassium niobate: A diffusion couples study. Journal of the American Ceramic Society, 2008. 91(6): 1916-1922.

[23]      Jaeger, R.E. and L. Egerton, Hot pressing of potassium-sodium niobates. Journal of the American Ceramic Society, 1962. 45(5): 209-213.

[24]      Kosec, M. and D. Kolar, On activated sintering and electrical properties of NaKNbO3. Materials Research Bulletin, 1975. 10: 335–340.

[25]      Feizpour, M., et al., Microwave-assisted synthesis and sintering of potassium sodium niobate lead-free piezoelectric ceramics. Ceramics International, 2014. 40(1, Part A): 871-877.

[26]      Moulson, A.J. and J.M. Herbert, Electroceramics: Materials, Properties, Applications. 2nd ed. 2003, West Sussex-England: John Wiley & Sons Ltd.

[27]      Prume, K., T. Schmitz, and S. Tiedke, Electrical Characterization of Ferroelectrics, in Polar Oxides. 2005, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 53-75.