Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
3.3 Спекаемость и пьезоэлектрические характеристики
SEM микроснимки поверхности изломов и гранулометрическое распределение для NBT–BT , керамика спекалась при 1100С (a), 1150 ◦C (b) и при 1200 ◦C (в c) показала Рисунки. 4 (a) – (c) и 5 (a)-(c), соответственно. Как показано на рис. 4, NBT–BT0.11 зерна имеют многогранные формы. Образец спекался при 1100 ◦C, что, является гомогенным с точки зрения зернистости; поэтому, он проявляет мономодальное гранулометрическое распределение. В случае NBT–BT0.11 керамический спеченный при 1100 ◦C (Рис. 4 (a)), средний размер зерна377 нм (Рис. 5 (a)). Мономодальное гранулометрическое распределение может быть также замечена для керамики полученной после спекания при 1150 ◦C(Рис. 4 (b)) и при 1200 ◦C (Рис. 4 (c)), со средним размером зерна763 нм (Рис. 5 (b)) и 850 нм (Рис. 5 (c)), соответственно.Плотные и без пор микроструктуры всех керамических образцов могут быть отнесены к однородной и тонкой морфологии предварительных частиц из прокаленного порошка.Температурная зависимость диэлектрических свойств имела размеры в частотах 120 Гц, 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц и1 МГц для керамического неполюсного NBT–BT0.11 представлен на рисунке. 6.Значения диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь увеличиваются при спекании с увеличением температуры (Рис. 6 (a–c)). Для 1100 ◦ C температуры спекания, более распространен фазовый переход с низкими значениями диэлектрической проницаемости (ег = 2538 на частоте 1 кГц; ег = 2340 на 100 кГц) и потери (tanδ = 0,058 при 1 кГц; tanδ = 0,038 при 100 кГц) это показано на рис . 6 (а)Увеличение температуры спекания приводит к увеличению значений диэлектрической проницаемости, с максимумом при 1200 ◦ C (ег = 5456 на 100 кГц), имеющие четко определенные пики (рис. 6 (с)). В исследованном диапазоне температуры значения диэлектрической проницаемости уменьшаются с увеличением частоты. Для примера, керамика NBT–BT0.11, спекавшаяся при 1150 ◦C, показывает значение диэлектрической проницаемости εr=3742 в Tm и 1 кГц, что снижает до εr=3557 в 100 кГц. Эти соображения могут быть отнесены к ромбоэдрической структуре с более низким значением проницаемости образцов NBT–BT0.11 спеченных при 1100 и 1150 ◦ C и тетрагональной структурой с высокой диэлектрической проницаемостью образцов, спеченных при 1200 ◦ C, что хорошо согласуется с рентгенофазовым анализом (рис. 3) .24 Диэлектрические потери демонстрируют более сложное поведение, связанное с температурой образцов, но, как правило, уменьшаются с увеличением частоты. При низких значениях частоты (120 Гц) и при температурах выше 225 ◦ C, потери демонстрируют очевидный рост, что может быть связано с тепловой активной проводимостью, порожденной кислородными вакансиями, которые формируют дипольные дефекты ([VBI] 3 + - [В.О.] 2 -). Высокая проводимость BNT керамики связан с испарением Bi в процессе спекания при температуре ≥ 1130 ◦ С.32 испарение Bi приводит к генерации [VBI] 3 +, что сопровождается образованием [VO] 2 - в связи с зарядом компенсации. Энергию активации и время релаксации можно получить, применяя нашим данным (рис. 6 (с)) подобный анализ , что сообщили в Ref.33. Полученные цифры 0,95 ± 0.1EV для энергии активации и для времени релаксации (0,3-0,4) × 10-12 с. Хотя эти значения являются довольно грубыми, они хорошо вписываются в цифры для дипольных дефектов, связанных с кислородными вакансиями. Такие диполи могут индуцировать внутреннее электрическое поле и смещение поляризации при более низких температурах. Это было проверено путем проведения измерений гистерезиса при комнатной температуре, предполагалось, что дефект диполи ориентирован параллельно сегнетоэлектрической поляризации. Полученный цикл приведен на рис. 7a для образца спекавшегося при самых высоких температурах. Видно, что цикл сдвигается вверх от поляризационной оси, предполагая, что дефектные диполи не переключаются вместе с сегнетоэлектрической поляризации. Они могут ориентироваться параллельно
под действием приложенного электрического поля, тем самым начиная с положительного напряжения ориентируются параллельно с сегнетоэлектрической поляризацией, но для отрицательного напряжения они не переключаются. Поэтому отрицательный остаток поляризации меньше, чем положительный. В то же время дефектные диполи генерируют внутреннее поле, тем самым помогают положительной поляризации и выступают к отрицательному, при этом петля смещается в сторону отрицательных значений по оси напряжения. Чистый сегнетоэлектрический гистерезис, полученный по способу, подобному методу PUND представлен на рис. 7b. Видно, что после извлечения всех потерь из-за дефектов , утечки и т.д. цикл почти симметричен значению поляризация примерно 8 C/cm2. Рис. 8 показывает зависимость диэлектрической проницаемости (а) и тангенс потерь (б ) от температуры и частоты, керамику NBT–BT спекают при 1150 ◦ C, в течение 2 ч, а поляризованную от комнатной температуры до 450 ◦ C. Относительная диэлектрическая проницаемость при комнатной температуре неполяризованная ( ег = 1000 ) и поляризованная ( ег = 924 ) NBT–BT обработана золь-гелем меньше, чем неполяризованная ( ег = 1600 ) и поляризованную ( ег = 1200) NBT- BT0.11 получают обычным способом твердофазной реакции , из-за небольших зерен ( 763- 850нм ) и доменной структуры. Средний размер зерен NBT- BT0.11 керамических образцов , сделанных из твердого оксида, составлял около 2 мкм . Как мы видим из рис. 6 и 8 , кривые представляют три различные области , разделенные двумя специальными температурами (TD и TM) . Температура, при которой происходит фазовый переход между ромбоэдрической сегнетоэлектрической фазы и псевдокубической фазы , называется температурой деполяризации (Td) , в то время как температуру, соответствующую максимальному значению диэлектрической проницаемости называют максимальной температурой (Tm) . При этих температурах, диэлектрические характеристики зависят от частоты, которая показывает, что керамика NBT - BT0.11 является сегнетоэлектрическим релаксором . Температура деполяризации , которая была предложена , чтобы быть признаком стабильности сегнетоэлектрических доменов , играет важную роль в практическом применении материалов на основе NBT .Td может быть получена от температуры tanδ первого пика доменных образцов. Из рис. 8 (б), мы видим, что Td имеет небольшое изменение с частотой и его значение ~ 110 ◦ C. Температура диэлектрической проницаемости максимума (Tm) была оценена из рис. 6 (б) примерно при 260 ◦ C (при 1 кГц ), так как на рис. 8 ( а) Tm не своеобразна. Рис.6 показывает, что Tm уменьшается по мере увеличения температуры спекания (Tm = 264 ◦ C для керамики спекают при 1100 ◦ С и Tпл = 261,7 ◦ С спекают при 1150 ◦ C) , и Tm возрастает с увеличением частоты (для например, Тпл = 260,6 ◦ C на 1 кГц и Tm = 261.7 ◦ с при 100 кГц для керамической спекают при 1150 ◦ C ) .
Появляется третья температура перехода (около 200 ◦ C) на диэлектрических кривых образцов, спеченных при 1150 и 1200 ◦ C (рис. 6 (а) и (б)). Некоторые авторы описали этот промежуточный этап в виде ромбоэдрической / тетрагональной фазы сосуществующих по результатам генерации второй гармоники и наблюдения двулучепреломления визуализации с использованием BNT монокристаллов. Вахрушев и др. описали, что промежуточная фаза является неполярной и оптическая изотропизация встречается в литературе. Это промежуточная фаза традиционно должна быть анти сегнетоэлектрической в связи с наблюдением двойной петли гистерезиса в основе BNT твердых растворов. Однако природа этого промежуточного этапа до сих пор не выяснена полностью. Ватанабе и др. называют эту третью температуру перехода как ромбоэдрическую / тетрагональную температуру фазового перехода ( Тр - т ) и предположили существование морфотропной границы раздела фаз . Хирума и др. проверяет выше этой Тр -т очень небольшое тетрагональное искажение в чистом BNT, которое проверяется гипотезой Ватанабе . Как показано на рис. 6 , более высоким значениям диэлектрической постоянной пики при Tm относительно широки для всей керамики , предполагая, что фазовый переход при Tm является диффузным размытым. Размытый фазовый переход наблюдается во многих перовскитах ABO типа и в керамике на основе NBT , в которых либо А-места или В-места заняты по крайней мере, двумя катионами. Диэлектрическое поведение сложных сегнетоэлектриков с размытого фазового перехода можно объяснить с помощью модифицированного закона Кюри-Вейсса :
где εm является максимальным значением диэлектрической проницаемости , Tm является температура, при которой ε достигает максимума , C является постоянной Кюри и γ (1 < γ < 2) является константой , которая используется , чтобы выразить степень диффузности фазового перехода . При γ = 1 , материалы с этим типом фазового перехода принадлежат нормальным сегнетоэлектрикам ; когда 1 < γ < 2 , материалы принадлежат релаксорным сегнетоэлектрикам ; когда γ = 2 , материалы принадлежат идеальным релаксорным сегнетоэлектрикам. Графики ln(1/εr-1/εm ) в зависимости от ln( Т- Tm) , на 100 кГц, для NBT - BT0.11 керамики спекавшейся при 1100-1200 ◦ C , показаны на рис . 9 . Экспериментальные данные диэлектрической проницаемости в непосредственной близости от Tm (1) были оснащены Eq. Полученные значения γ были 1,80 , 1,90 и 1,99 для образцов, спеченных при 1100, 1150 и 1200 ◦ C ,соответственно. Показатель диффузности ( γ ) NTB- BT0.11 керамики находится между 1 и 2 , это подтверждает , что фазовый переход из этой керамики рассеивается , в соответствии с рис. 6 и 8 . Результаты пьезоэлектрической характеристики поляризованной NBT- BT0.11 керамики спекавшейся при 1150 ◦ C, в течение 2 ч , измеренной при комнатной температуре и при резонансной частоте , приведены в таблице 1 . По сравнению с результатами, представленными ранее для NBT - BTX керамики с х = 0,05 , 0,06 и 0,08 , наша NBT - BT0.11 керамика показывает меньшие значения электромеханического коэффициента связи ( кп ) , пьезоэлектрического коэффициента заряда (d33) , коэффициента пьезоэлектрического напряжения ( G33) и диэлектрической проницаемости (ε33 ) , и более высокие значения для механической добротности (QM).
NBT - BT0.11 керамика проявляет свойства, сопоставимые с нашей NBT - BT0.08 керамикой , полученной из золь-геля , но немного меньшие значения для кп , d33 , g33 и ε33 , и немного более высокие значения для Qm . Керамика NBT - BT0.11 , полученная из золь-геля обладает высоким механическим качеством (УК = 860 ) и диэлектрической проницаемостью (ε33=922-924 ) , чем другие материалы , зарегистрированных в литературе. Пьезоэлектрический коэффициент имеет более высокое значение 120PC / N в поляризованной NBТ- BT0.11 полученной путем обычного твердофазного метода, чем в d33 = 13pc / N нашей NBT- BT0.11 обработанного золь-гель. Эти результаты показывают, что размер зерна является важной микроструктурной характеристикой, что влияет на пьезоэлектрические свойства. Несмотря на это, пьезоэлектрические свойства деградируют с меньшим размером зерен, а также происходит улучшение механической прочности и диэлектрическую прочность. Несколько моделей, в том числе при наличии внутренних напряжений в мелкозернистых керамики, которые в связи с отсутствием 90 доменных стенок, увеличивают доменные стенки диэлектрического отклика в мелкозернистой керамике, сдвиги температур фазовых переходов с размером зерна были рассмотрены.
4. Выводы
Na1/2Bi1/2TiO3 легированного 11% моль BaTiO3 свинца пьезокерамики были синтезированы золь-гельным процессом. Кристаллические фазы, микроструктура, диэлектрические и пьезоэлектрические свойства полученной керамики были исследованы. Данные РСА показывают, что керамика, спекавшаяся при температуре до 1150 ◦ C имеет ромбоэдрическую структуру и
спекавшаяся при 1200 ◦ C имеет тетрагональную симметрию. Порошок получают методом золь-геля состоящего из нано частиц и агломератов ; кристаллитов средний размер которых составляет около 50 нм. Температурная зависимость диэлектрической проницаемости и тангенса потерь NBT - BT0.11 керамики показывает, что температура Td остается почти постоянной при изменении частоты. Керамика NBТ - BT0.11 проявляет диффузный фазовый переход и релаксорное поведение. Степень размытости возрастает с увеличением температуры спекания . NBT - BT0.11 керамика показывает высокий коэффициент механического качества, высокие диэлектрические характеристики и низкие пьезоэлектрические свойства. Высокая механическая добротность NBТ - BT0.11 керамики рекомендует их как керамический резонатор. Диэлектрические и пьезоэлектрические свойства NBT- BT0.11 керамики, полученных из золь-геля меньше, чем у образцов, полученных обычным способом твердофазной реакции, из-за размера зерна и кислородных вакансий, которые генерируют дипольные дефекты. Значения среднего размера зерна из образцов, полученных обычным способом твердофазной реакции находится в диапазоне мкм , в то время как керамика NBT- BT0.11 исследованная в данной работе , имеет средний размер зерна в диапазоне субмикронного . В соответствии с действующим знанием, значительно влияет на уменьшение размера зерна в диэлектрике и пьезоэлектрических свойств существенное снижение d33.