Ảnh hưởng của nồng độ Zn, Nb đến nhiệt độ thiêu kết và các tính chất của hệ gốm áp điện Pb0,96Sr0,04(Zr53Ti47)1-x(Zn1/3Nb2/3)xO3

##plugins.themes.academic_pro.article.main##

Author

  • Nguyễn Văn Thịnh
    Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam
    Trần Thanh Hà
    Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam
    Phan Ngọc Kỳ
    Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam
    Hoàng Bá Đại Nghĩa
    Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam

Từ khóa:

PSZT-ZN
PZT
ZN
gốm áp điện mềm
gốm áp điện

Tóm tắt

Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ Zn, Nb (ZN) đến nhiệt độ thiêu kết và các tính chất của hệ gốm áp điện Pb0,96Sr0,04(Zr53Ti47)1-x(Zn1/3Nb2/3)xO3 (PSZT-ZN), với x = 0,0 – 2,0. Gốm áp điện PSZT-ZN được tổng hợp bằng phương pháp phản ứng pha rắn từ hỗn hợp các oxit. Ảnh hưởng của nồng độ ZN đến nhiệt độ thiêu kết và các tính chất của vật liệu được nghiên cứu bằng các thiết bị đo và phân tích về chất rắn: đo đặc trưng cộng hưởng, phân tích dữ liệu XRD (X-Ray Diffraction) và SEM (Scanning Electron Microscope), đo tính chất điện môi và sắt điện. Gốm áp điện PSZT – ZN đã thiêu kết tại 950°C, với nồng độ ZN có giá trị x = 0,05. Các thông số vật lý thể hiện đặc trưng của gốm áp điện mềm: d33 = 475 pC/N, Qm = 80, kP = 0,62, TC = 228°C và  = 7,81 g/cm3. Gốm áp điện (PSZT- ZN) có các thông số đặc trưng phù hợp để chế tạo biến tử áp điện ứng dụng trong công nghệ siêu âm.

Tài liệu tham khảo

    [1] I. Kingon and J.B. Clark, “Sintering of PZT ceramics Atmosphere control”, J. Am. Ceram. Soc, Vol. 66, No. 3, pp. 253 – 257, 1983.
    [2] Hayashi, T. Inoue, and Y. Akiyama, “Low temperature sintering of PZT powders coated with Pb5Ge3O11 by sol-gel method”, J. Eur. Ceram. Soc, Vol. 19, No. 5, pp. 999 - 1005, 1999.
    [3] D. Patel and P.S. Nicholson “Comparision of piezolelectric properties of hot-pressed and sintered PZT”, Am. Ceram. Soc. Bull, Vol. 65, No. 6, pp. 783 – 789, 1986.
    [4] Zhiun, L. Longtu, G. Suhua, and Z. Xiaowen “Low-temperature sintering of lead-based piezoelectric ceramics”, J. Am. Ceram. Soc, Vol. 72, No. 2, pp. 486 – 501, 1989.
    [5] Kaneko, D. Dong, and K. Murakami, “Effect of simultaneous addition of BiFeO3 and Ba(Cu0.5W0.5)O3 on lowering of sintering temperature of Pb(Zr, Ti)O3 ceramics”, J. Am. Ceram. Soc, Vol. 81, No. 8, pp. 1013 – 1018, 1998.
    [6] R. Shrout and A. Halliyal “Preparation of lead-based ferroelectric relaxors for capacitors”, Am. Ceram. Soc, Vol. 66, No. 4, pp. 704 – 800, 1987.
    [7] Halliyal, U. Kumar, R.E. Newnham, and L.E. Cross, “Stabilization of the perovskite phase and dielectric properties of ceramics in the Pb(Zn1/3Nb2/3O3-BaTiO3 system”, Am. Ceram. Soc. Vol. 66, No. 2, pp. 671 – 677, 1987.
    [8] Fan and H. E. Kim, “Perovskite stabilization and electromechanical properties of polycrystalline lead zinc niobate-lead zirconate titanate”, J. Appl. Phys, Vol. 91, No. 9, pp. 317 – 322, 2002.
    [9] E. Cross, “Relaxor ferroelectrics. Ferroelectrics”, J. Appl. Phys, Vol. 76, No. 3, pp. 241 -246, 1987.
    [10] S. Park and T.R. Shrout, “Ultrahigh strain and piezoelectric behavior in relaxor based ferroelectric single crystals”, J. Appl. Phys, Vol. 82, No. 6, pp. 82 – 87, 1997.
    [11] S. M. Lee, C. B. Yoon, S. H. Lee, and H. E. Kima, “Effect of lead zinc niobate addition on sintering behavior and piezoelectric properties of lead zirconate titanate ceramic”, Materials Research Society, Vol. 16, 1, pp. 202 – 208, 2004.
    [12] Uchino, “Advanced piezoelectric materials”, Woodhead Publishing Limited, 2009.
    [13] N. Vittayakorn, S. Uttiya, G. Rujijanagul, and D. P. Cann, “Dielectric and ferroelectric characteristics of 0.7PZT–0.3PZN ceramics substituted with Sr”, Phys. D: Appl. Phys, Vol. 38, No. 7, pp. 2942–2946, 2005.
    [14] V. Thinh, “Research on Building Technology Process of Doping PZT Piezoelectric Materials”. The University of Danang - Journal of Science and Technology, Vol. 11, No. 120.2, pp. 113-117, 2017.
    [15] V. Thinh and T. V. Chuong, “Research on Manufacturing Hard Piezoelectric Ceramics Based on Doped PZT53/47”. The Proceedings 10th National conference on solid state physics and materials science, No. 1, pp. 176 – 179, 2017.
    [16] V. Chuong, N. N. Tuan, D. V. On, and N. V. Thinh, “Research and Manufacture Soft Piezoelectric Materials Used in Hydroacoustic Transducers”. The Proceedings 10th National conference on solid state physics and materials science, No. 1, pp. 126 – 131, 2017.
    [17] M. A. Aleem, H. Nawaz, M. Shuaib, S. Qaisar, and M. S. Akbar, “Piezoelectric and pyroelectric properties of Sr-doped PZT (PSZT) with minor manganese additions”, Journal of Physics, Vol. 39, 4, pp. 439 – 445, 2013.
    [18] C. W. Ahn, H. C. Song, and S. Nahmw, “Effect of ZnO and CuO on the Sintering Temperature and Piezoelectric Properties of a Hard Piezoelectric Ceramic”, Am. Ceram. Soc, Vol. 89, No. 3, pp. 921 – 925, 2006.
    [19] H. Fana and H. E. Kim, “Perovskite stabilization and electromechanical properties of polycrystalline lead zinc niobate–lead zirconate titanate”, Appl. Phys, Vol. 91, No. 1, 2002.
    [20] X. Zeng, A. L. Ding, T. Liu, G. C. Deng, X. Zheng, and W. Cheng, “Excess ZnO Addition in Pure and La-Doped PZN–PZT Ceramics”, J. Am. Ceram. Soc, Vol. 89, No. 8, pp. 728–730, 2006.
    [21] Zeng, A. L. Ding, T. Liu, G. C. Deng, and X. S. Zheng, “Excess ZnO addition in PZN–PLZT ceramics”, Phys. stat. sol. Vol. 202, No. 9, pp. 1842–1847, 2005.
    [22] C. C. Tsai, S. Y. Chub, C. S. Hong, and S. F. Chend, “Effects of ZnO on the dielectric, conductive and piezoelectric properties of low-temperature-sintered PMnN-PZT based hard piezoelectric ceramics”, Journal of the European Ceramic, Vol. 31, 9, pp. 2013–2022, 2011.
    [23] Nie, Q. Zhang, Y. Yue, H. Liu, Y. Chen, Q. Chen, J. Zhu, P. Yu, and D. Xiao, “Phase structure–electrical property relationships in Pb(Ni1/3Nb2/3)O3–Pb(Zr,Ti)O3-based ceramics”, J. Appl. Phys, Vol. 119, No. 8, pp. 131 – 137, 2016.
    [24] B. Atkin and R. M. Fulrath, “Point Defects and Sintering of Lead Zirconate-Titanate”, Journal of The American Ceramic, Vol. 54, no 5, pp. 234 – 239, 2017.
    [25] W. Barsoum, “Fundamental of Ceramics”, IOP Publishing Ltd, USA, 2003.
    [26] S. Silva Jr, M. Venet, and O. Florencio, “Influence of diffuse phase transition on the anelastic behavior of Nb-doped Pb(Zr0.53Ti0.47)O3 ceramics”, J. Alloys Compd, Vol. 47, No. 5, pp. 784–789, 2015.
    [27] M.S. Pojucan, M.C.C. Santos, F.R. Pereira, M.A.S. Pinheiro, and M.C. Andrade, “Piezoelectric properties of pure and (Nb5+,Fe3+) doped PZT ceramics”, Ceram. Int, Vol. 36, No. 7, 1851–1855, 2010.
    [28] Liu et al., “Critical role of monoclinic polarization rotation in high-performance perovskite piezoelectric materials”, Phys. Rev. Lett. Vol. 119, No. 1, 017601, 2017.
    [29] Y. Luo, T. Pu, S. Fan, H. Liu, and J. Zhu, “Enhanced piezoelectric properties in low-temperature sintering PZN–PZT ceramics by adjusting Zr/Ti ratio”, Journal of advanced dielecteics, Vol. 12, 2, pp. 361- 367, 2022.
    [30] Vittayakorn, “Effects of strontium on the characteristics of Pb(Zr1/2Ti1/2)O3–Pb(Zn1/3Nb2/3)O3 ceramics”, Taylor & Francis, vol 16, No. 4, pp. 402 – 408, 2007.
    [31] T. Martirena and J. C. Burfoot, “Grain-size effects on properties of some ferroelectric ceramics”, J Phys C Solid State Phys, Vol. 9, No. 3, pp. 82–87, 1974.
    [32] A. Mirzaei1, M. Bonyani, and S. Torkian, “Effect of Nb doping on sintering and dielectric properties of PZT ceramics. Processing and Application of Ceramics”, Am. Ceram. Soc, Vol. 10, No. 3, pp. 175–182, 2016.
    [33] A. Randall, N. Kim, J. P. Kucera, W. Gao, and T. R. Shrout, “Instrinsic and extrinsic size in fine-grained morphotropic-phase-boundary lead zirconate titanate ceramics”, J Am Ceram Soc, Vol. 81, No. 8, pp. 67–72, 1998.
    [34] CTS, “Traditional soft PZT for sensor applications”, FerropermTM Piezoceramics [Online]. Availabe: https://www.ferropermpiezoceramics.com/material/traditional-soft-pzt-for-sensor-applications/ [Accessed 06/15/2023].
    [35] M. W. Hooker, “Properties of PZT-Based Piezoelectric Ceramics Between-150 and 250°C”, Lockheed Martin Engineering & Sciences Co, Hampton, Virginia, 1998.
Xem thêm

##plugins.themes.academic_pro.article.sidebar##

Đã Xuất bản

Nov 30, 2023
Download
PDF
Cách trích dẫn
Nguyễn Văn Thịnh, Trần Thanh Hà, Phan Ngọc Kỳ, và Hoàng Bá Đại Nghĩa. “Ảnh hưởng của nồng độ Zn, Nb đến nhiệt độ Thiêu kết Và các tính chất của hệ gốm áp điện Pb0,96Sr0,04(Zr53Ti47)1-x(Zn1/3Nb2/3)xO3”. Tạp Chí Khoa học Và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, vol 21, số p.h 11.2, Tháng Mười-Một 2023, tr 7-12, https://jst-ud.vn/jst-ud/article/view/8757.

##plugins.themes.academic_pro.article.details##