مطالعه تاثیر افزودنی های cuo و ceo2 بر خواص الکتریکی پیزوسرامیک های عاری از سرب (ba0.85ca0.15)(zr0.1ti0.9)o3

در این پژوهش پیزوسرامیک های (ba0.85ca0.15) (zr0.1ti0.9)o3 (bczt)با استفاده از روش متداول زینتر سرامیک ها سنتز شدند. به منظور کاهش دمای زینتر و بهبود خواص الکتریکی از افزودنی های ceo2 و cuo استفاده گردید و برای وارد کردن این اکسیدها به ترکیب bczt دو حالت بکار گرفته شد. در حالت اول %0.1 مولی ceo2 با مواد اولیه سازنده bczt ترکیب و موازنه ترکیب مورد نظر طوری انجام شد که ce4+ در مکان aی ساختار پروسکایت bczt قرار بگیرد (([(ba0.85ca0.15)0.999ce0.001](zr0.1ti0.9)o3] :bccezt و در حالت دوم، %0.1 مولی cuo با مواد اولیه ترکیب شد و با در نظر گرفتن اینکه 2+cu وارد مکان bی ساختار می شود، فرمول (ba0.85ca0.15)[(zr0.1ti0.9)0.999 cu0.001]o3 :bccuzt نوشته شد. بعد از انجام فرایند کلسیناسیون، مقدار %0.04 وزنی از افزودنی های cuo و ceo2 به ترکیب های سنتز شده فوق افزوده شد. اولی به ترکیب bccezt اضافه و ترکیب bccezt+ 0.04 wt.% cuo ایجاد شد و دومی با اضافه شدن به bccuzt ترکیب bccuzt + 0.4 wt% ceo2 را تشکیل داد. این چهار ترکیب در دمای °c1350زینتر شدند و ریزساختار و ترکیب شیمیایی آن ها توسط آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش اشعه x بررسی گردید. تغییرات قطبش و کرنش با میدان الکتریکی توسط مدار سایرتاور اصلاح شده در فرکانس hz1 اندازه گیری شد. تغییرات نفوذپذیری با دما نیز با استفاده از دستگاه lcrمتر مجهز به ستاپ ثبت دما اندازه گیری گردید. طبق نتایج بدست آمده، این افزودنی ها ضمن کاهش دمای زینتر باعث بهبود رفتار دی الکتریک سرامیک bczt شدند. ترکیب bccuzt + 0.04 wt.% ce دارای بهترین خواص دی الکتریک، فروالکتریک و پیزوالکتریک 3585=ɛr، 0.047%=smax (در میدان kv/mm0.5)، c/cm215=pr و pm/v967=d33* بود که در مقایسه با نمونه bczt خالص خواص الکتریکی بهبود قابل ملاحظه ای داشت.

Studying the effects of adding CeO2 and CuO on electrical properties of lead free (Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3 piezoceramics

Leadfree (Ba0.85Ca0.15)[(Zr0.1Ti0.9)]O3 (BCZT) piezoceramics were synthesized using solidstate ceramic processing. In order to improve the electrical properties CeO2 and CuO additives/dopants were used and two methods were employed to introduce theses oxides; one, in which 0.1 mol.% CeO2 was mixed with the raw materials and the composition was balanced for Asite substitution (BCCe0.1ZT) and the other where CuO (0.1mol%) was added to the raw materials in the same manner (BCCu0.1ZT) before calcination. After calcination at 1250 °C, sintering additives of CuO and CeO2 (0.04 wt.%) were added to the synthesized powders. The latter was added to BCCu0.1ZT to produce BCCu0.1ZT+0.04Ce and the former was used for BCCe0.1ZT powder to make BCCe0.1ZT+0.04Cu composition. These four samples together with pure BCZT were sintered at 1350 °C for 4 h. The microstructure and phase composition were investigated by scanning electron microscopy and Xray diffraction. Polarization and strain measurements were done using a modified SawyerTower circuit and an optical displacement sensor and temperature and frequency dependence of dielectric permittivity were measured using an impedance analyzer. Our results revealed that BCCuZT+ 0.04 CeO2 sample had the best dielectric properties of ɛr=3585, Pr=15 mu;C/cm2, Smax=0.047, and d33*=967 pm/V, which was better than pure BCZT at this temperature. Accordingly, these ceramics can be regarded as good candidates to replace previous dielectric materials.