ผลของการเติมไอออนร่วมที่มีต่อโครงสร้างเฟส โครงสร้างจุลภาคและสมบัติไฟฟ้าของเซรามิก Bi0.47Na0.47Ba0.06TiO3

Abstract

Lead-free Bi0.47Na0.47Ba0.06TiO3 (BNBT) ceramics substituted for the amount of (LiNb)4+, (NiNb)4+ and (AlNb)4+ from 0.00 to 0.05 mol% into B-site were fabricated by the solid-state combustion method with calcined and sintered at 750 and 1150 oC for 2 h, respectively. The effects of (LiNb)4+, (NiNb)4+ and (AlNb)4+ content on phase structure, microstructure and electrical properties were investigated. All ceramics exhibited a pure perovskite structure with coexisting rhombohedral and tetragonal phases, which the tetragonal phase increased with increased (LiNb)4+, (NiNb)4+ and (AlNb)4+ content. A nearly equal R:T phases ratio of 53:47 was obtained from pure BNBT ceramic, confirmed by Rietveld refinement method. The average grain size, density and grain size distribution decreased with increased (LiNb)4+, (NiNb)4+ and (AlNb)4+ content. A reduction in dielectric constant was observed, due to the phase ratio changing away from a morphotropic phase boundary (MPB), an inferior microstructure and low density caused by (LiNb)4+ (NiNb)4+ and (AlNb)4+ substitution. All ceramics showed a relaxor-ferroelectric behavior, which changed from a non-ergodic relaxor-ferroelectric to an ergodic relaxor-ferroelectric state with increased (LiNb)4+, (NiNb)4+ and (AlNb)4+ content.

เซรามิกปราศจากตะกั่ว Bi0.47Na0.47Ba0.06TiO3 (BNBT) เจือแบบแทนที่ด้วย (LiNb)4+ (NiNb)4+ และ (AlNb)4+ ในปริมาณ 0.00 ถึง 0.05 mol% ลงในบริเวณ B ที่เตรียมด้วยวิธีการเผาไหม้แบบสถานะของแข็ง โดยแคลไซน์ และซินเตอร์ที่อุณหภูมิ 750 และ 1150 oC เป็นเวลา 2 ชั่วโมง ตามลำดับ ศึกษาผลของ (LiNb)4+ (NiNb)4+ และ (AlNb)4+ ที่มีต่อโครงสร้างเฟส โครงสร้างจุลภาคและสมบัติไฟฟ้าของเซรามิก BNBT พบว่าเซรามิกแสดงโครงสร้างผลึกเพอรอฟสไกต์บริสุทธิ์แบบผสมระหว่างรอมโบฮีดรัล และเททระโกนัลในทุกตัวอย่าง ซึ่งปริมาณโครงสร้างเททระโกนอลเพิ่มขึ้นเมื่อปริมาณ (LiNb)4+ (NiNb)4+ และ (AlNb)4+ เพิ่มขึ้น โดยพบโครงสร้างที่ปริมาณเฟสใกล้เคียงกันที่เซรามิก BNBT บริสุทธิ์ในอัตราส่วน 53:47 ซึ่งยืนยันด้วยการปรับแต่งเรียทเวลด์ ขนาดเกรนเฉลี่ย ความหนาแน่น และการกระจายตัวของเกรนของเซรามิกลดลงเมื่อปริมาณ (LiNb)4+ (NiNb)4+ และ (AlNb)4+ เพิ่มขึ้น ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกลดลง เนื่องจากอัตราส่วนโครงสร้างเลื่อนจากบริเวณรอยต่อ (morphotropic phase boundary, MPB) โครงสร้างจุลภาคที่ด้อยกว่า และความหนาแน่นต่ำที่เกิดจากการแทนที่ (LiNb)4+ (NiNb)4+ และ (AlNb)4+ เซรามิกแสดงพฤติกรรมรีแลกเซอร์-เฟร์โรอิเล็กทริกในทุกตัวอย่าง โดยเปลี่ยนจาก non-ergodic รีแลกเซอร์-เฟร์โรอิเล็กทริก เป็น ergodic รีแลกเซอร์-เฟร์โรอิเล็กทริกมากขึ้น เมื่อปริมาณ (LiNb)4+ (NiNb)4+ และ (AlNb)4+ เพิ่มขึ้น