Electrical Properties and Impedance Spectroscopy of Lithium Doped Potassium Sodium Niobate (KNN) Based Ceramics

Kurşun içermeyen piezoelektrik potasyum sodyum niyobat (K0.5Na0.5)NbO3 (KNN) yüksek piezoelektrik özellikleri, Curie sıcaklığı ve elektromekaniksel özellikleri nedeniyle son yıllarda yaygın olarak araştırılmaktadır. Ancak, KNN seramiklerin sinterlenmesi esnasında potasyum yapıdan kolayca uzaklaşmaktadır. Böylece yapıda potasyum kaybı oluştuğu için geleneksel sinterleme yöntemi ile yoğunlaşması ve dolayısıyla yüksek elektriksel özellikler elde edilmesi zordur. Amaçlanan yüksek özelliklere ulaşılabilmesi için yoğunlaşma sorununun aşılması gerekmektedir. Bu çalışmada, % 4 mol Li (KL4) ve % 7 mol Li (KL7) katkısı ile üretilen KNN seramiklerin yapısal ve dielektrik özellikleri araştırılmıştır. Ayrıca, KNN seramiklerin elektriksel davranışları farklı sıcaklıklarda empedans spektroskopisi ile 10 Hz-10 MHz aralığında ölçülmüştür. KL4 ve KL7 seramiklerin Curie sıcaklıkları yapılan ölçümler sonucu sırasıyla, 468˚C ve 502˚ C olarak ölçülmüştür. % 7 Li katkısı ile ortorombik-tetragonal faz dönüşümü oda sıcaklığının altına ötelenmiştir. KL4 ve KL7 seramiklerin oda sıcaklığındaki dielektrik sabiti değerleri 100 kHz frekansta sırasıyla 345 ve 615 olarak ölçülmüştür. Artan lityum katkısı ile KNN seramiklerin dielektrik kayıp değerleri azalmıştır

Electrical Properties and Impedance Spectroscopy of Lithium Doped Potassium Sodium Niobate (KNN) Based Ceramics

Kurşun içermeyen piezoelektrik potasyum sodyum niyobat (K0.5Na0.5)NbO3 (KNN) yüksek piezoelektrik özellikleri, Curie sıcaklığı ve elektromekaniksel özellikleri nedeniyle son yıllarda yaygın olarak araştırılmaktadır. Ancak, KNN seramiklerin sinterlenmesi esnasında potasyum yapıdan kolayca uzaklaşmaktadır. Böylece yapıda potasyum kaybı oluştuğu için geleneksel sinterleme yöntemi ile yoğunlaşması ve dolayısıyla yüksek elektriksel özellikler elde edilmesi zordur. Amaçlanan yüksek özelliklere ulaşılabilmesi için yoğunlaşma sorununun aşılması gerekmektedir. Bu çalışmada, % 4 mol Li (KL4) ve % 7 mol Li (KL7) katkısı ile üretilen KNN seramiklerin yapısal ve dielektrik özellikleri araştırılmıştır. Ayrıca, KNN seramiklerin elektriksel davranışları farklı sıcaklıklarda empedans spektroskopisi ile 10 Hz-10 MHz aralığında ölçülmüştür. KL4 ve KL7 seramiklerin Curie sıcaklıkları yapılan ölçümler sonucu sırasıyla, 468˚C ve 502˚ C olarak ölçülmüştür. % 7 Li katkısı ile ortorombik-tetragonal faz dönüşümü oda sıcaklığının altına ötelenmiştir. KL4 ve KL7 seramiklerin oda sıcaklığındaki dielektrik sabiti değerleri 100 kHz frekansta sırasıyla 345 ve 615 olarak ölçülmüştür. Artan lityum katkısı ile KNN seramiklerin dielektrik kayıp değerleri azalmıştır

Synthesis of Antiferroelectric NaNbO3 Crystals Obtained by Two-Stage Molten Salt and Topochemical Crystal Transformation Processes and Their Structural Characterization

(K0,5Na0,5)NbO3 (KNN) esaslı seramikler reaktif şablon büyütme tekniği kullanılarak dokulu olarak üretildiklerinde, yüksek piezoelektrik özelliklere sahip olan kurşun zirkonat titanat (PZT) seramikler ile kıyaslanacak özelliklere ulaşmaktadırlar. NaNbO3 (NN) kristalleri, KNN esaslı seramikleri yönlendirmede kullanılan şablon parçacıklardır. Bu çalışmada, ilk aşamada plakasal Bi2,5Na3,5Nb5O18 (BNN) öncü parçacıkları ergiyik tuz yöntemi (MSS) kullanılarak üretilmiştir. İkinci aşamada ise NaNbO3 (NN) parçacıkları topokimyasal kristal dönüştürme tekniği ile elde edilmişlerdir. Çeşitli tuz oranlarındaki BNN ve NN kristalleri sırasıyla 1150o C ve 975o C ‘de 6 saat ısıl işlem uygulanarak sentezlenmiştir. Farklı tuz/toz oranlarının BNN ve NN kristallerinin faz bileşimi ve mikroyapısına olan etkisi araştırılmıştır.When (K0.5Na0.5)NbO3 (KNN) is fabricated with crystallographic texture using reactive templated grain growth (RTGG) it can achieve piezoelectric properties that are comparable to lead zirconate titanate ceramics. NaNbO3 (NN) particles are used as template particles to fabricate textured KNN ceramics. In this study, Plate-like Bi2.5Na3.5Nb5O18 (BNN) precursor particles were produced using molten salt synthesis (MSS) technique in the first stage. In the second stage, NaNbO3 (NN) particles were obtained through topochemical crystal transformation technique. BNN and NN synthesized with various salt / powder ratios at 1150o C and 975o C for 6 h, respectively. The effect of salt/powder ratio on the phase composition and microstructure of BNN and NN crystals were investigate

Structural and Dielectric Properties of Lead-Free Sodium Bismuth Titanate (NBT) Ceramics and Their Impedance Spectroscopy Analyses

Kurşunsuz sistemler arasında yer alan sodyum bizmut titanat [(Na0,5,Bi0,5)TiO3 ; (NBT)] esaslı seramikler önemli piezoelektrik özelliklere sahiptirler. Ancak, katkısız NBT seramiklerin yüksek iyonik iletkenliğe ve oda sıcaklığında yüksek kalıntı polarizasyona sahip olmaları nedeniyle kutuplanmaları zordur. Bu nedenle günümüzde ikili (Na0,5,Bi0,5)TiO3-BaTiO3 ve üçlü (Na0,5,Bi0,5)TiO3-BaTiO3-(K0,5,Na0,5)NbO3 seramik sistemleri (Pb,Zr)TiO3 alternatif sistemler olarak geliştirilmeye çalışılmaktadır. Bu çalışmada, katkısız NBT seramiklerin yanı sıra 0,94(Na0,5,Bi0,5)TiO3-0,06BaTiO3 (NBT-BT) ve 0,92(Na0,5,Bi0,5)TiO3- 0,06BaTiO3-0,02(K0,5,Na0,5)NbO3 (NBT-BT-KNN) seramiklerin yapısal ve dielektrik özellikleri detaylı olarak araştırılmıştır. X-ışınları analizlerinden tüm seramiklerin herhangi bir ikincil faz içermeden perovskit yapıda kristalleştiği gözlemlenmiştir. Söz konusu sistemlerin elektriksel davranışları empedans spektroskopisi yöntemi kullanılarak 100 Hz’ den 10 MHz’e kadar frekansın bir fonksiyonu olarak ortaya konulmuştur. NBT, NBT-BT ve NBT-BT-KNN seramiklerin göreceli yoğunlukları sırasıyla % 94, % 98 ve %96’dır. Dielektrik sabitinin en yüksek olduğu sıcaklık (Tm) NBT, NBT-BT ve NBT-BT-KNN seramiklerde sırasıyla 328o C, 300o C ve 287 o C olarak ölçülmüştür. Yapılan katkılar ile Tm daha düşük sıcaklıklara ötelenmiştir. NBT seramiklerin oda sıcaklığındaki dielektrik sabitleri 646 iken, NBT-BT ve NBT-BT-KNN seramiklerin dielektrik sabitleri sırasıyla 1451 ve 1487’dir

Growth of NBT template particles through topochemical microcrystal conversion and their structural characterization

In this study, uniform rectangular plate-like perovskite Na0.5Bi0.5TiO3 templates were obtained by molten salt synthesis method in three steps. Perovskite plate-like Na0.5Bi0.5TiO3 templates were synthesized from bismuth-layered Na0.5Bi4.5Ti4O15 by topochemical microcrystal conversion method at the third and final step. The most important point was that the plate-like morphology remained as desired, but templates were obtained in cubic perovskite structure. The Na2CO3 excess in the third step was the main controlling parameter. The crystalline orientation of the particles was investigated by electron backscatter diffraction analysis. The results indicated that the particles are single crystalline in nature. In the case of the 90mol% excess of the stoichiometric Na2CO3 ratio, the NBT platelets had highly regular, rectangular prismatic morphology and single-crystal nature. The structure was also confirmed through high-resolution transmission electron microscope and selected area electron diffraction analysis