REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Začetni prah s kompozicijo na morphotropni fazni meji 0,65Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–0,35PbTiO3 (0,65PMN–
0,35PT) smo pripravili z mehanokemijsko aktivacijo, kateri je sledilo mletje v atritorskem mlinu in
nizkotemperaturno kalciniranje pri 700°C. Porazdelitev velikosti delcev prahu je ozka z mediano 0,3 μm. Iz
sintetiziranega 0,65PMN–0,35PT prahu smo pripravili keramiko z žganjem pri 1200°C, 2 uri. Gostota
keramike je bila 98% teoretične vrednosti. Raziskovali smo vpliv električnega polja na fazno sestavo in na
elektromehanske lastnosti 0,65PMN–0,35PT keramike. Ugotovili smo, da lahko razmerje monoklinske Pm
in tetragonalne P4mm faze spreminjamo z električnim poljem. Pri keramiki, polarizirani z električnim
poljem med 2–3,5 kV/mm, je najvišja vsebnost monoklinske faze o čemer pri keramiki s to sestavo doslej
še ni bilo poročano. Tudi piezoelektrični koeficient d33 in sklopitvena koeficienta kp in kt sta najvišja za
keramiko, polarizirano z električnim poljem med 2–3,5 kV/mm.
0,65PMN–0,35PT debele plasti smo pripravili s sitotiskom paste iz organskega nosilca in 0,65PMN–
0,35PT prahu. Plasti so bile žgane 2 uri pri 950°C na korundni (Al2O3), platinasti (Pt), 0,65PMN–0,35PT in
aluminij nitridni (AlN) podlagi. Korundna in platinska podlaga imata višji temperaturni razteznostni
koeficient kot 0,65PMN−0,35PT plast, aluminij nitridna podlaga ima manjšega, 0,65PMN−0,35PT podlaga
pa ima temperaturni razteznostni koeficient enak kot plast. Mikrostruktura, fazna sestava, dielektrične,
piezoelektrične in feroelektrične lastnosti so močno odvisne od materiala, iz katerega je podlaga. Če je
0,65PMN−0,35PT plast po segrevanju in ohlajanju pod tlačno napetostjo, to so plasti na podlagah z višjim
razteznostnim koeficientom, so plasti goste s povprečno velikostjo zrn 1,7 μm na korundni podlagi in 1,2
μm na platinski podlagi. Rentgenska in Rietveldova analiza sta pokazali soobstoj monoklinske in
tetragonalne faze kot v primeru volumenske keramike sintrane pri 1200°C. Za plasti na korundni in
platinski podlagi sta bili dielektrični konstanti 3400 in 2000, piezoelektrična koeficienta d33eff 180 pC/N in
140 pC/N, remanentni polarizaciji pa 22 μC/cm2 in 27 μC/cm2. Električne lastnosti plasti na Al2O3 in Pt
podlagah in tudi soobstoj tetragonalne in monoklinske faze so primerljivi z rezultati dobljenimi za gosto
volumensko keramiko. Izjema je nizek piezoelektrični koeficient plasti, ki je delno posledica pripetosti
plasti na podlago. Plasti na podlagah z razteznostnim koeficientom manjšim (AlN podlage) ali enakim
(0,65PMN−0,35PT podlage) od koeficenta plasti, so bile porozne ter so imele povprečno velikost zrn
manjšo ali enako 0,5 μm. V tem primeru so zaradi porozne strukture natezne napetosti na AlN podlagah
verjetno popustile tako, da niso vplivale na lastnosti plasti. Za plasti na 0,65PMN−0,35PT in na AlN
podlagah sta rentgenska in Rietveldova analiza pokazali monoklinsko fazo. Plasti na obeh podlagah so
imele dielektrično konstanto 700 in 300, piezoelektrični koeficient d33eff 105 pC/N in 30 pC/N, remanentno
polarizacijo pa 8 μC/cm2 in 3 μC/cm2, kar je posledica porozne strukture. Ti rezultati nakazujejo, da
podlage močno vlivajo na zgoščevanje in mikrostrukturo plasti ter posledično na strukturne in električne
lastnosti plasti.
Izmerili smo elektrostrikcijski pojav v 0,65PMN−0,35PT debelih plasteh na korundnih podlagah.
Elektrostrikcijski koeficient M33 plasti na korundnih podlagah je visok, t.j. 7,6·10−16 m2/V2. Zaradi visokega
elektrostrikcijskega pojava v 0,65PMN−0,35PT plasteh, smo jih uporabili za pripravo 0,65PMN−0,35PT
debeloplastnih aktuatorjev.
Razvili smo nov postopek priprave 0,65PMN–0,35PT/Pt aktuatorja z velikim odmikom. 0,65PMN–
0,35PT/Pt kompozit smo odstranili iz podlage. Dosegli smo velike normalizirane odmike aktuatorja, t. j. 55
μm/cm za aktuatorje velikosti 1,8 cm × 2,5 mm × 65 μm. Ti normalizirani odmiki so zelo visoki v
primerjavi z objavljenimi normaliziranimi odmiki volumenskih PMN–PT aktuatorjev ali debeloplastnih
Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) aktuatorjev na korundnih podlagah.