طراحی، ساخت و بهبود ‌پیزوالکتریک‌های بدون‌سرب knn استفاده شده در مبدل‌های فراصوتی زیرآبی

مواد فروالکتریک پایه سربی و علی‌الخصوص pb(zrti)o3 به علت دارا بودن خواص پیزوالکتریک عالی دارای کاربردهای وسیعی در عملگرها ، حسگرها و مبدل‌های پیزوالکتریک هستند. از طرفی، بیش از 60 درصد وزنی این ترکیبات را سرب تشکیل می‌دهد. با در نظر گرفتن سمی بودن سرب تلاش‌های فراوانی به منظور گسترش موادی سازگار با بدن و محیط زیست صورت گرفته است. در این پژوهش سرامیک نایوبات پتاسیم-سدیم (knn) به عنوان مهمترین خانواده از پیزوسرامیک‌های عاری از سرب با استفاده از روش آلیاژسازی مکانیکی ساخته شد و فرآیندهای سنتز پودر، زینتر و خواص الکتریکی آن مورد بررسی قرار گرفت. بررسی مشخصات پودر سنتز شده با استفاده از آزمایشات xrd و sem نشان داد که کلسیناسیون مواد اولیه در دمای c˚850 منجر به دستیابی به پودر هموژن و تک فاز knn می‌گردد. در دمای بهینه زینتر 1000 درجه سانتیگراد، مقادیر قابل قبول 643، pc/n140 و 01/0 به ترتیب برای ثابت دی‌الکتریک نسبی(rε)، ضریب بار پیزوالکتریک (d33)و اتلاف دی‌الکتریک به دست آمد.

Design, manufacturing and improve lead-free piezoelectric (K0.5Na0.5) NbO3 used in ultrasonic underwater transducers

Abstract: Due to excellent piezoelectric properties, lead-based ferroelectric materials and more particularly the Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) are widely used in actuators, sensors and transducers. However, these ceramics contain more than 60% PbO. With regard to the toxicity of lead, many efforts have been made to develop environmentally friendly and non-hazardous materials. In the present work, Potassium-Sodium Niobate (KNN) ceramics as the most important family of lead-free piezoceramics were fabricated by mechanical-Alloying reaction route and the synthesis and sintering processes as well as electrical properties of these ceramics were investigated. Characterization of synthesized powders by XRD, SEM revealed that calcination of raw materials at 850°C leads to a homogeneous and single-phase KNN powders. At optimum sintering temperature of 1000°C, the desirable values of 643, 140 pC/N and 0/01 were obtained for dielectric constant(εr),piezoelectric charge coefficient (d33) and loss factor, respectively.