REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Z razvojem avtonomnih elektronskih naprav se je povečalo povpraševanje po napravah, ki lahko pretvorijo energijo, razpoložljivo v okolju, v električno energijo. Mehansko energijo lahko pretvorimo v električno s piezoelektričnimi zbiralniki energije (PZE). Naprava ima največkrat obliko konzole, na katero je integriran piezoelektrik debeline nekaj deset mikrometrov. Takšne plasti lahko izdelamo z metodo elektroforetskega nanosa (EN), ki temelji na mobilnosti nabitih delcev v topilu pod vplivom električnega polja. Na elektrodi nastaja nanos, ki ga je potrebno ustrezno termično obdelati. V PZE se najpogosteje uporabljajo piezoelektriki, ki vsebujejo svinec. Uporabo teh materialov omejujejo zaradi okoljskih in zdravstvenih pomislekov, kar je spodbudilo raziskave alternativnih materialov. V doktorski disertaciji smo preiskovali materiale na osnovi kalijevih natrijevih niobatov z nominalno sestavo (K0.5Na0.5)0.99 Sr0.005NbO3 (KNNSr).
V prvem delu doktorske disertacije smo raziskali stabilizacijo delcev KNNSr v etanolu z dodatkom poliakrilne-maleinske kisline (PAM) ter organske baze n-butilamin (BA). Z optimizacijo razmerja PAM/BA smo pripravili stabilno suspenzijo delcev z zeta potencialom -45 mV ter električno prevodnostjo od 9 do 30 𝜇S/cm. Delce smo nanesli na platinizirano podlago Al2O3 debeline 640 μm (RAO). Proučevali smo vpliv električne prevodnosti suspenzije na maso, homogenost in enakomernost debeline nanosa. Z metodo končnih elementov smo proučevali električno poljsko jakost v celici. Ugotovili smo, da razdalja med elektrodama in premer referenčne elektrode vplivata na porazdelitev električne poljske jakosti med elektrodama ter posledično na enakomernost debeline nanosa. Rezultate analize smo primerjali z izmerjenimi debelinami nanosa pri izbranih pogojih ter potrdili dobro ujemanje rezultatov obeh analiz.
V drugem delu doktorske disertacije smo plasti, ki smo jih nanesli na RAO z dobro ponovljivostjo, sintrali. Plasti, sintrane pri 1075 oC, so bile porozne, plasti, sintrane pri 1120 oC, pa so imele slabo oprijemljivost s podlago. Da bi izboljšali oprijemljivost, smo na podlago najprej nanesli plast debeline  10 μm in jo žgali pri 1000 oC. Na to plast smo nanesli debelejšo past. Strukture smo sintrali pri 1090, 1100 in 1110 oC na zraku in v kisiku, da bi raziskali povezavo med strukturo, mikrostrukturo, domensko strukturo in elektromehanskimi lastnostmi plasti. Po sintranju pri 1100 oC so imele plasti homogeno mikrostrukturo, relativno gostoto 81 % ter sklopitveni faktor 40 %.
V tretjem delu doktorske disertacije smo se osredotočili na pripravo bimorfne strukture na fleksibilni, 110 μm debeli platinizirani podlagi Al2O3 s prilagojeno eksperimentalno celico. Struktura s plastjo KNNSr na eni strani se je po sintranju ukrivila, medtem ko je ostala bimorfna struktura ravna. Po sintranju pri 1100 oC 2 h v kisiku sta bili plasti KNNSr na obeh straneh enakomerne debeline ~40 𝜇m, brez defektov, s homogeno mikrostrukturo in relativno gostoto 85 %. S teoretičnim pristopom smo ocenili vpliv poroznosti KNNSr na delovanje PZE v načinu 3-1. Ugotovili smo, da ima poroznost večji vpliv na delovanje PZE pri resonančnih pogojih, medtem ko na delovanje izven resonance vpliva nekoliko manj. Rezultati so pokazali, da je EN primerna metoda za pripravo bimorfne strukture PZE, pripravljene iz KNNSr.