Reactive Templated Grain Growth 방법으로 낟알 정렬된 Bi_(0.5)(Na_(0.78)K_(0.22))_(0.5)Ti_(O₃)-BiAlO₃무연계 세라믹의 거대 변형 연구 Giant strain in Bi_(0.5)(Na_(0.78)K_(0.22))_(0.5)Ti_(O₃)-BiAlO₃ceramics fabricated by reactive templated grain growth원문보기
압전세라믹은 발진자, 레조네이터, 액추에이터 등과 같은 전자부품소재로 실용화되고 있으며 전기기계 결합계수(k_(p)), 기계적 품질계수(Q_(m)), 압전계수(d_(33)) 등과 같은 압전 특성이 뛰어난 Pb(Zr,Ti)O₃ (PZT)계 물질이 사용되고 있다. 그러나 PZT계 화합물로 제조된 센서나 장치는 인체와 환경에 유해한 ...
압전세라믹은 발진자, 레조네이터, 액추에이터 등과 같은 전자부품소재로 실용화되고 있으며 전기기계 결합계수(k_(p)), 기계적 품질계수(Q_(m)), 압전계수(d_(33)) 등과 같은 압전 특성이 뛰어난 Pb(Zr,Ti)O₃ (PZT)계 물질이 사용되고 있다. 그러나 PZT계 화합물로 제조된 센서나 장치는 인체와 환경에 유해한 납(Pb)이 60 wt% 이상 포함되어 있어 선진국에서는 수입을 규제하고 있기 때문에 최근 산업계에서는 납이 포함되지 않는 친환경 무연(無鉛) 압전 소재 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 무연계 압전 세라믹 개발의 선행연구로 K (potassium)과 BA (bismuth aluminate) 치환량에 따른 (1-y)Bi_(0.5)(Na_(1-x) K_(x)_(0.5)TiO₃ - yBiAlO₃(BNKT-BA) 세라믹을 제작하여 유전 및 압전변형 특성을 조사하였다. 선행연구 결과로부터 압전특성이 우수한 x=0.22, y=0.015 [0.985Bi_(0.5)(Na_(0.78) K_(0.22))_(0.5)TiO₃ - _(0.015)BiAlO₃]조성을 선택하였고 용융염 법을 이용하여 제조한 Na_(0.5)Bi_(4.5)Ti₄O_(15) (NBiT) 틀입자를 사용하여 Reactive Templated Grain Growth (RTGG) 방법으로 낟알 정렬된 BNKT-BA 세라믹을 제조하였다. XRD와 FE-SEM 측정으로부터 BNKT-BA 세라믹의 결정구조와 낟알의 표면형상을 조사하였으며 P-E 이력곡선, 유전율, 온도에 따른 압전변형 특성 등을 측정하여 유전 및 압전변형 특성을 조사하였다. RTGG 방법으로 제작된 BNKT-BA 세라믹의 낟알은 a축 방향으로 93% 정렬되었으며 일반적인 방법으로 제작된 BNKT-BA 세라믹과 비교하여 Strain(%) = 0.43의 우수한 압전변형 특성을 나타내었다.
압전세라믹은 발진자, 레조네이터, 액추에이터 등과 같은 전자부품소재로 실용화되고 있으며 전기기계 결합계수(k_(p)), 기계적 품질계수(Q_(m)), 압전계수(d_(33)) 등과 같은 압전 특성이 뛰어난 Pb(Zr,Ti)O₃ (PZT)계 물질이 사용되고 있다. 그러나 PZT계 화합물로 제조된 센서나 장치는 인체와 환경에 유해한 납(Pb)이 60 wt% 이상 포함되어 있어 선진국에서는 수입을 규제하고 있기 때문에 최근 산업계에서는 납이 포함되지 않는 친환경 무연(無鉛) 압전 소재 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 무연계 압전 세라믹 개발의 선행연구로 K (potassium)과 BA (bismuth aluminate) 치환량에 따른 (1-y)Bi_(0.5)(Na_(1-x) K_(x)_(0.5)TiO₃ - yBiAlO₃(BNKT-BA) 세라믹을 제작하여 유전 및 압전변형 특성을 조사하였다. 선행연구 결과로부터 압전특성이 우수한 x=0.22, y=0.015 [0.985Bi_(0.5)(Na_(0.78) K_(0.22))_(0.5)TiO₃ - _(0.015)BiAlO₃]조성을 선택하였고 용융염 법을 이용하여 제조한 Na_(0.5)Bi_(4.5)Ti₄O_(15) (NBiT) 틀입자를 사용하여 Reactive Templated Grain Growth (RTGG) 방법으로 낟알 정렬된 BNKT-BA 세라믹을 제조하였다. XRD와 FE-SEM 측정으로부터 BNKT-BA 세라믹의 결정구조와 낟알의 표면형상을 조사하였으며 P-E 이력곡선, 유전율, 온도에 따른 압전변형 특성 등을 측정하여 유전 및 압전변형 특성을 조사하였다. RTGG 방법으로 제작된 BNKT-BA 세라믹의 낟알은 a축 방향으로 93% 정렬되었으며 일반적인 방법으로 제작된 BNKT-BA 세라믹과 비교하여 Strain(%) = 0.43의 우수한 압전변형 특성을 나타내었다.
Piezoelectric ceramics are widely used in various electronic devices such as resonators, vibrators, and actuators. Pb(Zr,Ti)O₃ (PZT) system are well known material for such demands because it has good piezoelectric properties such as electromechanical coupling factor (k_(33)) and piezoelectric coeff...
Piezoelectric ceramics are widely used in various electronic devices such as resonators, vibrators, and actuators. Pb(Zr,Ti)O₃ (PZT) system are well known material for such demands because it has good piezoelectric properties such as electromechanical coupling factor (k_(33)) and piezoelectric coefficient (d_(33)). But current demands regarding environment highly recommend for avoiding lead contents in electronic devices. Recently, it has been reported that BiAlO₃-modified bismuth sodium potassium titanate, Bi0.5(Na,K)_(0.5)TiO₃-BiAlO₃ is a candidate lead-free piezoelectric material due to high piezoelectric response. It is widely known that synthesis of plate like particles is of great importance due to its usage as a template particle in texturing of grain oriented ceramics for improving the electrical properties of various materials. Therefore, in this study, grain-oriented BNKT-BA ceramics with orientation were fabricated by reactive templated grain growth (RTGG) using plate-like Na_(0.5)Bi_(4.5)Ti₄O_(15) (NBiT) templates fabricated by Molten-salt method. Physical properties of grain-oriented BNKT-BA ceramics were compared with randomly oriented BNKT-BA ceramics which was prepared by conventional solid-state reaction method. Dielectric and piezoelectric properties such as P-E hysteresis, dielectric constants, electric field induced strain and temperature dependence strain, normalized strain (S_(max)/E_(max)) depending on the direction of grain orientations were investigated in detail. BNKT-BA ceramics made by RTGG method has 93% of a-axis preferency and it has higher piezoelectric properties by comparing to BNKT-BA ceramics made by ordinary firing.
Piezoelectric ceramics are widely used in various electronic devices such as resonators, vibrators, and actuators. Pb(Zr,Ti)O₃ (PZT) system are well known material for such demands because it has good piezoelectric properties such as electromechanical coupling factor (k_(33)) and piezoelectric coefficient (d_(33)). But current demands regarding environment highly recommend for avoiding lead contents in electronic devices. Recently, it has been reported that BiAlO₃-modified bismuth sodium potassium titanate, Bi0.5(Na,K)_(0.5)TiO₃-BiAlO₃ is a candidate lead-free piezoelectric material due to high piezoelectric response. It is widely known that synthesis of plate like particles is of great importance due to its usage as a template particle in texturing of grain oriented ceramics for improving the electrical properties of various materials. Therefore, in this study, grain-oriented BNKT-BA ceramics with orientation were fabricated by reactive templated grain growth (RTGG) using plate-like Na_(0.5)Bi_(4.5)Ti₄O_(15) (NBiT) templates fabricated by Molten-salt method. Physical properties of grain-oriented BNKT-BA ceramics were compared with randomly oriented BNKT-BA ceramics which was prepared by conventional solid-state reaction method. Dielectric and piezoelectric properties such as P-E hysteresis, dielectric constants, electric field induced strain and temperature dependence strain, normalized strain (S_(max)/E_(max)) depending on the direction of grain orientations were investigated in detail. BNKT-BA ceramics made by RTGG method has 93% of a-axis preferency and it has higher piezoelectric properties by comparing to BNKT-BA ceramics made by ordinary firing.
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