ساخت و بررسي خواص فروالكتريكي و پيزوالكتريكي محلول جامدهاي بر پايه‌يPMN-PZT

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

فيزيك

كارشناسي ارشد

اين پژوهش به بررسي و بهينه‌سازي ساخت سراميك‌هاي پيزوالكتريك بر پايه Pb(〖Mg〗_(1/3) 〖Nb〗_(2/3))O3-Pb(ZrTi)O3 مي‌پردازد. سراميك‌هاي PMN-PZT به دليل خواص الكترومكانيكي برجسته خود، در كاربردهاي متنوعي همچون حسگرها، عملگرها و دستگاه‌هاي ميكروالكترونيكي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. هدف اصلي اين تحقيق، بهبود خواص پيزوالكتريك و فروالكتريك اين سراميك‌ها از طريق آلايش با ساماريوم (Sm) و بررسي تأثير پارامترهاي مختلف فرآيندي بر روي آن‌ها است.در ابتدا، پيش‌ماده MgNb₂O₆ از طريق واكنش حالت جامد دو مرحله‌اي ساخت گرديد. سپس، اين پيش‌ماده با مواد اوليه PbO، TiO₂ و ZrO₂ تركيب و تحت فرآيندهاي مختلف تكليس و كلوخه سازي قرار گرفت. عمليات تكليس در دماهاي مختلفي بين 850 تا 900 درجه سانتي‌گراد و كلوخه‌سازي در دماهاي 1200 تا 1250 درجه سانتي‌گراد انجام شد. همچنين، تأثير زمآن‌هاي مختلف آسياب سياره‌اي، از0 تا48 ساعت، بر روي اندازه ذرات و خواص نهايي سراميك‌ها مورد بررسي قرار گرفت. علاوه بر اين، درصدهاي مختلفي از سرب اضافه (PbO) به تركيب‌ها افزوده شد. جنس گلوله‌هاي آسياب شامل عقيق، زيركونيا وكاربيد تنگستن نيز به‌طور ويژه مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه استفاده از گلوله‌هاي عقيق بهترين عملكرد را در كاهش اندازه ذرات و يكنواختي توزيع ذرات ايجاد كرده است. بررسي‌هاي انجام‌شده با استفاده از تكنيك‌هاي پراش پرتو ايكس (XRD) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميدان (FESEM) نشان داد كه آلايش ساماريوم و تنظيم دقيق شرايط فرآيندي موجب بهبود پايداري ساختاري و توزيع يكنواخت فازهاي بلوري در سراميك‌ها شده است. براي ارزيابي خواص الكتريكي و پيزوالكتريكي نمونه‌ها، آزمون‌هاي مختلفي از جمله حلقه پسماند P-E، ضريب دي‌الكتريك و ضريب بار پيزوالكتريك d₃₃ انجام شد. نتايج اين آزمايش‌ها نشان داد كه دماي تكليس 850℃ و دماي كلوخه‌سازي 1230℃ درجه سانتي‌گراد به همراه استفاده از 5% سرب اضافه، بهترين خواص پيزوالكتريك و دي‌الكتريك را به‌دست آورده است. همچنين، تركيب 40PMN-23.8PZ-36.2PT با بالاترين ضريب بار پيزوالكتريك (d₃₃) به‌عنوان بهترين تركيب شناسايي شد. اين تحقيق نشان داد كه با بهينه‌سازي پارامترهاي فرآيندي مانند دماي تكليس و كلوخه‌سازي ، زمان آسياب، درصد سرب اضافه، و جنس گلوله‌هاي آسياب، مي‌توان خواص پيزوالكتريك سراميك‌هاي PMN-PZT را به‌طور قابل توجهي بهبود بخشيد. نتايج حاصل مي‌تواند به توسعه و بهينه‌سازي دستگاه‌هاي الكترومكانيكي پيشرفته كمك شاياني كند.

233438

ماده چگال

فيزيك

دانشگاه صنعتي اصفهان