Properties of solid solutions (1-x)K[0.5]Bi[0.5]TiO[3]-xPbTiO[3] and (1-x)Na[0.5]Bi[0.5]TiO[3]-xPbTiO[3]

Abstract

Uniwersytet Pedagogiczny im. Komisji Edukacji Narodowej w Krakowie. Wydział Matematyczno-Fizyczno-Techniczny. Instytut Fizyki. Praca doktorska napisana pod kierunkiem dr hab. Jana Suchanicza, prof. UP, promotor pomocniczy: dr Renata Bujakiewicz-Korońska.Rozprawa dotyczy właściwości roztworów stałych (1-x)K[0.5]Bi[0.5]TiO[3]-xPbTiO[3], (1-x)Na[0.5]Bi[0.5]TiO[3]-xPbTiO[3]. W ramach niniejszej pracy przeprowadzono badania struktury krystalicznej oraz właściwości dielektrycznych, piezoelektrycznych, półprzewodnikowych (wykonanych po raz pierwszy) i ferroelektrycznych roztworów stałych (1-x) NBT-xPT (0≤x≤0.6) oraz (1-x)KBT-xPT (x=0≤x≤0.8). Badania te miały na celu określenie wpływu wprowadzenia jonów Pb[2+], posiadających unikalne cechy, m.in. wysoką polaryzowalność oraz tendencję do formowania wiązań chemicznych poprzez hybrydyzację orbitali elektronowych, w miejsce jonów (Na[0.5]Bi[0.5])[2+] lub (K[0.5]Bi[0.5])[2+]. Zabieg ten spowodował wzmocnienie właściwości dielektrycznych, piezoelektrycznych i ferroelektrycznych. Zmodyfikował również właściwości elektryczne. Omówione wyniki pokazują podobieństwo zachowań badanych roztworów stałych NBT-PT oraz KBT-PT do związków bazowych tj. NBT i KBT. Wyniki badań właściwości dielektrycznych i ferroelektrycznych pod naciskiem jednoosiowym (dla niektórych badanych materiałów wykonane po raz pierwszy), wskazują na wysoką ich wytrzymałość mechaniczną, a liniowa zależność wartości przenikalności dielektrycznej od nacisku dla roztworu 0.2KBT-0.8PT promuje go do zastosowań jako sensora w miernikach siły/nacisku. Rozprawę rozszerzono o część zawierającą obliczenia ab initio, w których obliczono gęstości stanów elektronowych i porównano je z dostępnymi danymi literaturowymi.This dissertation concerns the properties of the (1-x)K[0.5]Bi[0.5]TiO[3]-xPbTiO[3], (1-x)Na[0.5]Bi[0.5]TiO[3]-xPbTiO[3] solid solutions. In this dissertation the studies of crystal structure and dielectric, piezoelectric, semiconducting (made for the first time) and ferroelectric properties of solid solutions (1-x) NBT-xPT (0≤x≤0.6) and (1-x) KBT- xPT (x = 0≤x≤0.8) have been carried out. These studies were aimed at determining the impact of introducing Pb[2+] ions with unique features, including high polarizability and tendency to form chemical bonds by hybridization of electron orbitals, instead of ions (Na[0.5]Bi[0.5])[2+] or (K[0.5]Bi[0.5])[2+]. This treatment had a significant impact on the analyzed properties. It has strengthened the dielectric, piezoelectric and ferroelectric properties. It also modified electrical properties. The results discussed in this paper show the similarity of the behavior of NBT-PT and KBT-PT solid solutions to the basic compounds, i.e. NBT and KBT. The results of dielectric and ferroelectric properties under uniaxial pressure (for some materials measured for the first time), show their high mechanical strength, and the linear dependence of the dielectric permittivity value on the pressure of 0.2KBT-0.8PT solid solution promotes it for applications as a sensor in force/pressure meters. The dissertation was extended by a part containing ab initio calculations of electron density of states (DOS). DOS were calculated and compared with available data