낱알 정렬된 Bi0.5(Na0.85K0.15)0.5TiO₃세라믹의 유전 및 압전 특성 = Dielectric and Piezoelectric Properties of Grain Oriented Bi0.5(Na0.85K0.15)0.5TiO3 Ceramics
저자
발행사항
부산 : 동의대학교 대학원, 2006
학위논문사항
학위논문(석사)-- 동의대학교 대학원 : 물리학과 2006. 2
발행연도
2006
작성언어
한국어
주제어
KDC
427.25 판사항(4)
DDC
537.24 판사항(21)
발행국(도시)
부산
형태사항
vii, 70p. : 삽도 ; 26cm
일반주기명
참고문헌: p. 65-66
소장기관
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)O_(3) (PZT)계 물질이 주류를 이루고 있다. 그러나 PZT계 화합물로 제조된 센서나 장치는 환경에 유해한 납(Pb)이 60 wt% 이상 포함되어 있어 인체에 유해하기 때문에 최근 산업계에서는 납이 함유되지 않는 친환경 무연(無鉛) 압전 소재 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 무연계 압전 세라믹 개발의 선행연구로 K (potassium) 치환량에 따른 Bi_(0.5)(Na_(1-x)K_(x))_(0.5)TiO_(3) (BNKT) 세라믹을 제작하여 유전 및 압전 특성을 조사하였다. K 치환량이 증가함에 따라 BNKT 세라믹은 rhombohedral 상에서 tetragonal 상으로 상전이 하였으며, K 치환량이 x=0.15 영역에서 두상이 공존하는 상 경계영역 (Morphotropic Phase Boundary, MPB)이 존재하고 이 영역에서 높은 압전 특성 (k_(p)?43 %, d_(33) ?140 pC/N)을 나타내었다. 선행연구 결과로부터 K 첨가량이 x=0.15인 MPB 조성[Bi_(0.5)(Na_(0.85)K_(0.15))_(0.5)TiO_(3)]을 선택하여 Reactive Templated Grain Growth (RTGG) 방법으로 낱알 정렬된 BNKT 세라믹을 제조하고, 낱알 정렬 방향에 따른 BNKT 세라믹의 유전 및 압전 특성을 조사하였다. XRD와 SEM 측정으로부터 BNKT 세라믹의 결정구조와 낱알의 표면형상을 조사하였으며 낱알 정렬 방향에 따른 BNKT 세라믹의 P-E 이력곡선, 유전율, 전기기계 결합계수, 압전계수 등을 측정하여 유전 및 압전 특성을 조사하였다. RTGG 방법으로 제작된 BNKT 세라믹의 낱알은 a축 방향으로 40% 이상 정렬되었으며 일반적인 방법으로 제작된 BNKT 세라믹과 비교하여 우수한 압전 특성을 나타내었다.
더보기Piezoelectric ceramics are utilized for electronic devices such as resonators, vibrators, and actuators. Pb(Zr,Ti)O_(3) (PZT) system are well known material for such demands because it has good piezoelectric properties such as electromechnical coupling factor (k_(p)), mechanical quality factor (Q_(m)), and piezoelectric coefficient (d_(33)). But current demands in environment recommends to avoid lead contents in electronic devices. In this study we fabricated Bi_(0.5)(Na_(1-x)K_(x))_(0.5)TiO_(3) (BNKT) ceramics with potassium dopants and investigated its dielectric and piezoelectric properties. Phase was changed from rhombohedral to tetragonal as potassium contents increased, found the MPB (Morphotropic Phase Boundary) at the ratio of x=0.15 mole% with high piezoelectric coefficients (k_(p)?43 %, d_(33) ?140 pC/N).
BNKT ceramics, Bi_(0.5)(Na_(0.85)K_(0.15))_(0.5)TiO_(3) were fabricated using the above conditions by Reactive Templated Grain Growth (RTGG) method. Grain-oriented BNKT ceramics were made and dielectric and piezoelectric properties of grain-oriented BNKT ceramics were measured using previous conditions. Surface morphology and phases of the grains were investigated using SEM and XRD. Dielectric and piezoelectric properties such as P-E hysteresis, dielectric constants, piezoelectric coefficients, and electromechnical coupling factors depending on the direction of grain orientations were investigated.
BNKT ceramics made by RTGG method has 40% of a-axis preferency and it has higher piezoelectric properties by comparing to BNKT ceramics made by normal method.
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