ساخت و بهينه‌سازي خواص پيزوالكتريك مبتني بر Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3 (PMN-PZT) به روش كمك پخت

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

فيزيك

كارشناسي ارشد

مواد پيزوالكتريك به دليل قابليت تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي و بالعكس، از اهميت ويژه‌اي در زمينه‌هاي مختلف علمي، صنعتي و تجهيزات پزشكي برخوردارند. با وجود پيشرفت‌هاي چشمگير در افزايش ضريب پيزوالكتريك، يكي از چالش‌هاي اصلي، مصرف بالاي انرژي در روش‌هاي سنتي تف‌جوشي است. دماي بالاي لازم در اين روش‌ها موجب مصرف زياد انرژي، انتشار سرب و آسيب‌هاي زيست‌محيطي مي‌شود. استفاده از روش‌هاي كمك پخت مي‌تواند دماي تف‌جوشي را كاهش داده، مصرف انرژي و هزينه‌ها را كم كرده و كيفيت محصول را حفظ كند. در مواد فروالكتريك، متأسفانه، پاسخ پيزوالكتريك بالا و پايداري دمايي خوب هميشه عكس يكديگرند و از پايداري حرارتي پايين رنج مي برند. در حال حاضر، هنوز در طراحي مواد فروالكتريك با كارايي بالا و پايداري دمايي خوب، محدوده كابردي دمايي بالاو همچنين در دماي تف‌جوشي پايين، بسيار مشكل وجود دارد. در اين پروژه، هدف ساخت سراميكي با ضريب پيزوالكتريك و پايداري دمايي بالا وهمچنين در دماي تف‌جوشي پايين است. در اين پژوهش، سراميك‌هاي Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3 (به طور مخففPMN-PZT )، به دليل دارا بودن ضريب پيزوالكتريك بالا، به روش واكنش حالت جامد ساخته شدند. براي بهينه‌سازي خواص پيزوالكتريك مانند ميدان شكست دي‌الكتريك، قطبش باقيمانده، دماي كوري، ضريب پيزوالكتريك و دماي تف‌جوشي پايين، از ساماريوم به عنوان آلايشگر براي افزايش ضريب پيزوالكتريك و همچنين از ليتيم‌كربنات به عنوان كمك‌پخت براي كاهش دماي تف جوشي ماده استفاده شد. خواص ساختاري نمونه‌ها با پراش اشعه‌ايكس و آناليزميكروسكوپ الكتروني روبشي، خواص فروالكتريك (حلقهE-P) و خواص دي‌الكتريك )ثابت گذردهي دي‌الكتريك بر حسب دما) بررسي شد. به طور كلي، ديده شد كه بهترين شرايط در نمونه حاوي 2.5%Sm و 2% ليتيم‌كربنات در دماي تف‌جوشي oC960 به‌دست آمد. در اين حالت، خواص الكتريكي و پيزوالكتريكي بهينه به شرح زير حاصل شد: ضريب پيزوالكتريك برابر با pC/N760، دماي‌كوري oC 205، ثابت دي‌الكتريك 25153، قطبش باقي‌مانده µC/cm²75/51 و قطبش اشباع µC/cm²90/63. دماي تف‌جوشي به ميزان قابل توجهي كاهش يافت كه اين امر علاوه بر كاهش مصرف انرژي، منجر به توليد سراميك‌هايي با چگالي بالا و ريزساختار يكنواخت شد. هدف اين پايان‌نامه، ارائه راهكارهايي براي بهبود عملكرد و بهره‌وري ماده‌ي PMN-PZT در كاربردهاي عملي است.

236598

ماده چگال

فيزيك

دانشگاه صنعتي اصفهان