Structure-Property Relationships in Potassium Sodium Niobate (KNN) Based Lead-Free Piezoelectric Ceramics

Bu çalışmada kurşunsuz piezoelektriklerden potasyum sodyum niyobat (KNN) kütlesel ve fiber formunda üretilmiştir. Mikroyapısal ve elektriksel özellikler yapı-özellik ilişkileri ortaya konularak incelenmiştir. KNN fiberler yeni bir teknik olan alginate jelleşme yöntemi ile üretilmişlerdir. Fiberlerin polimer bir matrise gömülmesi ile 1-3 bağlantılı kompozitler hazırlanmıştır. 100 kHz frekansında sırasıyla katkısız KNN, CuO ilaveli KNN ve Li katkılı KNN örneklerin dielektrik sabitleri 316, 335 ve 560 olarak hesaplanmıştır. Bu değer hacimce %70 CuO-KNN fiber içeren kompozit için 191’dir. 50 kV/cm’de en yüksek gerinim değeri ise katkısız KNN için % 0,04 olup bu değer katkılı örnekler için % 0,10 civarındadır

Investigation of the effect of cerium doping on the electrical properties and leakage current behavior of lead zirconate thin films derived by the sol-gel method

Undoped and cerium (Ce)-doped (1 and 5 mol%) antiferroelectric thin films were obtained by a sol-gel process. All lead zirconate, PbZrO3 (denoted as PZ), films crystallized in the perovskite phase with a full [111] pseudocubic orientation and with a uniform microstructure. X-ray photoelectron spectroscopic investigations revealed that the oxidation state of Ce is 3+ leading to an A-site donor doping. Ce doping causes a decrease in the dielectric constant from 200 to 155 and an increase in the forward switching fields from 275 to 296 kV/cm. However, it also leads to a significant decrease in the leakage current density and this effect is more pronounced for the 5% doping case, where an order of magnitude lower leakage current is obtained compared with the undoped PZ. Analyses of leakage current behavior indicate dominance of a space charge limited current type leakage current and also a possible contribution from a Poole-Frenkel type emission in certain temperature or field regimes

Synthesis of Needle Like NaNbO3 Antiferroelectric Crystals by Hydrothermal Process and Structural Characterization

Son yıllarda, kurşun ve diğer zararlı maddelerin yasaklanması sebebiyle, yüksek piezoelektrik ve ferroelektrik özellikler gösteren kurşunsuz piezoelektrik seramiklerin geliştirilmesiyle ilgili büyük çaba harcanmaktadır. Yüksek piezoelektrik etki elde etmenin bir yolu da seramiklerin kristalografik bir dokuya sahip olacak şekilde üretilmesidir. Bu çalışmada dokulu kurşunsuz piezoelektrik üretiminde şablon parçacık olarak kullanılmak üzere nano boyutta sodyum niobate (NN) tozları, hidrotermal yöntem ile üretilmiş ve morfolojisi kontrol edilmiştir. Çalışmada temel amaç anisometrik morfoloji elde etmek olduğundan farklı sıcaklık, OH molaritesi, Nb molaritesi ve süre şartları denenmiş ve bunların morfolojiye etkisi araştırılmıştır. 120°C sıcaklıkta iğnesel morfoloji elde edilirken, 165°C ve 240°C sıcaklıkta ise kübik morfoloji elde edilmiştir. Artan süre ve Na molaritesi ile iğnesel morfolojinin devam ettiği ancak iğnelerin boyutlarının büyüdüğü tespit edilmiştir.In recent years, great efforts have been spent on to develop lead-free piezoelectric ceramics, which exhibits high piezoelectric and ferroelectric properties, due to the restrictions on the use of lead and other hazardous substances. One way to obtain high piezoelectric properties in ceramics is producing ceramics with oriented crystolographic texture. In this study, sodyum niobate (NN) powders were synthesized by hydrothermal process for the purpose of using them as template particles in textured lead free piezoelectric ceramics. Since the aim of this study is to obtain anisometric morphology different temperature, OH molarity, Nb molarity and period has been investigated. Needle-like morphology was obtained at 120°C, whereas particles with cubic morphology was obtained at 165°C and 240°C. Needle-like morphology was retained on but needles became larger with increasing time and Na molarity

Fabrication of [001] Textured KSr2Nb5O15 (KSN) Piezoelectric Ceramics in Fiber Form by a Combination of Novel Alginate Gelation Method and Templated Grain Growth and their Electrical Characterization

[001]-Yönlendirilmiş KSr2Nb5O15 (KSN) dokulu seramik fiberler şablonlu tane büyütme ve yeni alginate jelleşme metodunun birlikte kullanılması ile üretilmiştir. Bu işlemde iğnesel KSr2Nb5O15 şablon parçacıkları kullanılmıştır. Fiberler şablonsuz ve ağırlıkça % 10 şablon içeren alginat esaslı asıltıdan çekilmiştir. % 10 şablon içeren fiberlerin doku oranları 0.95 ye kadar ulaşmıştır. Üretilen KSN fiberlerden hazırlanan 1–3 bağlantılı piezokompozitlerin elektriksel ve elektromekaniksel özellikleri araştırılmıştır. Kompozitlerin doku kesrinin artmasıyla birlikte özelliklerin de artığı görülmüştür. Örneğin, piezoelektrik yük katsayısının 75 pC/N, kalıcı polarizasyonunun ~20 µC/cm2 ye kadar ulaştığı belirlenmiştir

Fabrication of [001] Textured KSr2Nb5O15 (KSN) Piezoelectric Ceramics in Fiber Form by a Combination of Novel Alginate Gelation Method and Templated Grain Growth and their Electrical Characterization

[001]-Yönlendirilmiş KSr2Nb5O15 (KSN) dokulu seramik fiberler şablonlu tane büyütme ve yeni alginate jelleşme metodunun birlikte kullanılması ile üretilmiştir. Bu işlemde iğnesel KSr2Nb5O15 şablon parçacıkları kullanılmıştır. Fiberler şablonsuz ve ağırlıkça % 10 şablon içeren alginat esaslı asıltıdan çekilmiştir. % 10 şablon içeren fiberlerin doku oranları 0.95 ye kadar ulaşmıştır. Üretilen KSN fiberlerden hazırlanan 1–3 bağlantılı piezokompozitlerin elektriksel ve elektromekaniksel özellikleri araştırılmıştır. Kompozitlerin doku kesrinin artmasıyla birlikte özelliklerin de artığı görülmüştür. Örneğin, piezoelektrik yük katsayısının 75 pC/N, kalıcı polarizasyonunun ~20 µC/cm2 ye kadar ulaştığı belirlenmiştir

Synthesis of Needle Like NaNbO3 Antiferroelectric Crystals by Hydrothermal Process and Structural Characterization

Son yıllarda, kurşun ve diğer zararlı maddelerin yasaklanması sebebiyle, yüksek piezoelektrik ve ferroelektrik özellikler gösteren kurşunsuz piezoelektrik seramiklerin geliştirilmesiyle ilgili büyük çaba harcanmaktadır. Yüksek piezoelektrik etki elde etmenin bir yolu da seramiklerin kristalografik bir dokuya sahip olacak şekilde üretilmesidir. Bu çalışmada dokulu kurşunsuz piezoelektrik üretiminde şablon parçacık olarak kullanılmak üzere nano boyutta sodyum niobate (NN) tozları, hidrotermal yöntem ile üretilmiş ve morfolojisi kontrol edilmiştir. Çalışmada temel amaç anisometrik morfoloji elde etmek olduğundan farklı sıcaklık, OH molaritesi, Nb molaritesi ve süre şartları denenmiş ve bunların morfolojiye etkisi araştırılmıştır. 120°C sıcaklıkta iğnesel morfoloji elde edilirken, 165°C ve 240°C sıcaklıkta ise kübik morfoloji elde edilmiştir. Artan süre ve Na molaritesi ile iğnesel morfolojinin devam ettiği ancak iğnelerin boyutlarının büyüdüğü tespit edilmiştir.In recent years, great efforts have been spent on to develop lead-free piezoelectric ceramics, which exhibits high piezoelectric and ferroelectric properties, due to the restrictions on the use of lead and other hazardous substances. One way to obtain high piezoelectric properties in ceramics is producing ceramics with oriented crystolographic texture. In this study, sodyum niobate (NN) powders were synthesized by hydrothermal process for the purpose of using them as template particles in textured lead free piezoelectric ceramics. Since the aim of this study is to obtain anisometric morphology different temperature, OH molarity, Nb molarity and period has been investigated. Needle-like morphology was obtained at 120°C, whereas particles with cubic morphology was obtained at 165°C and 240°C. Needle-like morphology was retained on but needles became larger with increasing time and Na molarity

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

Pb(Zr,Ti)O3 nanofibers produced by electrospinning process

Lead zirconate titanate (PZT) nanofibers are obtained by electrospinning a sol-gel based solution and polyvinyl pyrrolidone (PVP) polymer, and subsequent sintering of the electrospun precursor fibers. The PVP content of the precursor solution is critical in the formation of the fully fibrous mats. Scanning electron microscope (SEM) is used to examine the morphology of the precursor fibers and annealed PZT nanofibers. The diameter of the precursor PZT/PVP green fibers have increased with the aging of the precursor solution along with an increase in the viscosity. The viscosity of 500 mPa results in successful fibrous mats, yielding green PZT/PVP fibers with a diameter of 400 nm. Thefiber mats are then sintered at 700C. X-ray diffraction (XRD) pattern of the annealed PZT fibers exhibits no preferred orientation and a pure tetragonal perovskite phase. Preparation of piezocomposites by infusion of epoxy into the nanofiber mat facilitates successful handling of the fragile mats and enables measurements of dielectric properties

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