سنتز و بررسی اثر افزودن نانو ذرات فریت بیسموت bifeo3 بر ریز ساختار و خواص الکتریکی پیزوالکتریک بافت دار bnkt

در سال های اخیر ملاحظات زیست محیطی در ارتباط با کاربرد، بازیافت و تجزیه مواد بر پایه سرب و اثرات مضر آن ها بر سلامتی انسان ها و سایر موجودات زنده، موج جدیدی در توسعه فروالکتریک های بدون سرب ایجاده کرده است. در این پژوهش، پیزوالکتریک های بدون سرب بر پایه تیتانات بیسموت سدیم پتاسیم: (bnktx, x=0.18-0.24) bi0.5(na1-xkx)0.5tio3 در ناحیه مرز فازی چند شکلی (mpb) به کمک روش حالت جامد ساخته شدند. تاثیر افزودن نانو ذرات فریت بیسموتbifeo3 (bf) تهیه شده از روش سونوشیمیایی، بر روی ریزساختار، چگالی و خواص الکتریکی این سرامیک ها بررسی شد. ساختمان بلوری و ریزساختار نمونه های تولید شده توسط آنالیز (xrd) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج بهترین خصوصیات الکتریکی را در نمونه 20/0=x نشان دادند (?r=1743, tan ?=0.053, td=100 ?c, tm=284 ?c, d33=195 pc/n, =1320 pm/v). بطوریکه بیشترین پاسخهای پیزوالکتریک و الکترومکانیکی تایید کردند که ترکیب حاوی 20/0=x دارای فازهای mpb بهینه و خصوصیات الکتریکی قابل توجه میباشد. با تنظیم دمای تف جوشی در (?c 1150 به مدت 2 ساعت) فریت بیسموت با ترکیب (bnkt) محلول جامد سه تایی (bnt-bkt-bf) تشکیل داد. افزودن 3 و 7 درصد مولی از نانو ذرات فریت بیسموت کاهش چشمگیر خصوصیات الکتریکی را در پی داشت. با در نظر گرفتن شعاع یونی آهن (fe+3) برای جایگزین شدن در مکان b ساختار پروسکایت bnt-bkt به جای یون های تیتانیم (ti+4) خواص الکتریکی کاهش یافت. همچنین حضور نانو ذرات bf موجب تغییر حالت شکست از درون دانه ای به صورت بین دانه ای و ترد شدن مرزدانه ها گردید. در اندازه گیری های الکترومکانیکی، کرنشهای %13/0 و %38/0 به ترتیب در میدانهای 1 و kv/mm 4/2 در دمای اتاق در نمونه 20/0=x به ساز و کار گذار فازی مربوط شدند. این مقادیر نشان دهنده ساخت یک کارانداز و عملکرد آن در میدان های الکتریکی کوچک می باشد. در بخش دیگری از این پژوهش به منظور رسیدن به ریزساختار بافت دار از ترکیب bnkt با رشد ترجیحی و منظم، ذرات صفحه ای شکل تیتانات بیسموت (bit) bi4ti3o12 به عنوان ذرات شابلون به روش نمک مذاب تهیه شدند. دوغاب با خصوصیات رئولوژیکی مناسب از پودر bnkt0.20 به همراه 7 درصد مولی نانو ذرات فریت بیسموت در حلال غیر سمی اتانول به منظور ریخته گری نواری تهیه گردید. پس از اعمال فشار 250 مگاپاسکال بر 35 لایه از نوار خشک شده، تف جوشی نمونه ها انجام گرفت. با تغییر شرایط تف جوشی، نمونه ها ریزساختارهای متفاوتی نشان دادند و ساختار بافت دار طی یک فرایند تف جوشی سه مرحله ای (در دمای oc 800 به مدت یک ساعت تحت فشار 50 مگاپاسکال، سرد شدن نمونه تا دمای اتاق و حرارت دهی مجدد در دمای oc1200 به مدت 10 ساعت) از طریق کنترل نفوذ ذرات زمینه به سمت ذرات شابلون نتیجه شد. با افزایش دما و زمان های طولانی تف جوشی، ذرات نانو متری فریت بیسموت با نقطه ذوب پایین موجب تشویق فرایند rtgg و ایجاد ریزساختار بافت دار می شوند.