بررسی ویژگی‌های پیزوالکتریکی تک‌بلور pin-pmn-pt آلاییده با mn و بکارگیری آن در ساخت مبدل الکتروآکوستیکی

در این پژوهش، تک‌بلور فروالکتریک ریلکسور 0.24pin-0.46pmn-0.3pt آلاییده با  2%mn، با استفاده از روش انجماد گرادیان عمودی (vgf) رشد داده شد و ویژگی‌های دی‌الکتریک، پیزوالکتریک و فروالکتریک آن در جهت  ]001 [ بررسی شد. نتایج نشان داد که این تک‌بلور در دمای اتاق دارای ثابت دی‌الکتریک (3085   )، ضریب جفت‌شدگی الکترومکانیکی(0.9   ) و ضریب بار پیزوالکتریک (pc/n 1450   ) است. مقایسه پاسخ فرستندگی و حساسیت گیرندگی مبدل ساخته‌شده با تک‌بلور نسبت به مبدل‌های ساخته‌شده با سرامیک‌های بس‌بلور  pzt-5و pzt-4 نشان داد پاسخ فرستندگی بیشینه المان‌های تک‌بلور mn:pin-pmn-pt حدود db  7.5 بالاتر از pzt-5 و برابر با pzt-4 است، درحالی‌که پهنای باند فرستندگی آن‌هاkhz  17 است که بین پهنای باند pzt-4  (khz 5) وpzt-5 (khz 20)  قرار دارد. همچنین حساسیت گیرندگی المان‌های تک‌بلور mn:pin-pmn-pt در بیشینهdb  5 بالاتر از pzt-5 و db  10 بالاتر از pzt-4 است، هرچند پهنای باند گیرندگی آن‌ها نسبت به pzt-4  (khz 2)  و pzt-5 (khz 4) کمتر است، که بیانگر پتانسیل بالای آن‌ها برای کاربردهای فرستنده و گیرنده در مبدل‌های آکوستیکی است. ترکیب این ویژگی‌های پیزوالکتریک برجسته، همراه با میدان وادارنده و پایداری حرارتی بالا، نشان می‌دهد که تک‌بلور pin-pmn-pt آلاییده با  منگنز گزینه‌ای مستعد و موثر برای کاربرد در مبدل‌های توان بالا است.

investigation of the piezoelectric properties of mn-doped pin-pmn-pt single crystal and its application in electro-acoustic transducer fabrication

in this study, a 2 mol% mn-doped 0.24pin-0.46pmn-0.3pt relaxor ferroelectric single crystal was grown using the vertical gradient freeze (vgf) method. its dielectric, piezoelectric, and ferroelectric properties were characterized along the crystallographic direction. at room temperature, the single crystal exhibited a dielectric constant (ε_r) of 3085, an electromechanical coupling coefficient (k_33) of 0.9, and a piezoelectric charge coefficient (d_33) of 1450 pc/n. comparative analysis of the transmitting response and receiving sensitivity of transducers fabricated from this single crystal versus those made from polycrystalline pzt-5 and pzt-4 ceramics revealed that the maximum transmitting response of mn:pin-pmn-pt single crystal elements is approximately 7.5 db higher than that of pzt-5 and comparable to pzt-4. the transmitting bandwidth of the single crystal transducer is 17 khz, which lies between the bandwidths of pzt-4 (5 khz) and pzt-5 (20 khz). additionally, the receiving sensitivity of the mn:pin-pmn-pt single crystal elements is up to 5 db higher than pzt-5 and 10 db higher than pzt-4, although their receiving bandwidth is narrower compared to pzt-4 (2 khz) and pzt-5 (4 khz). these results highlight the high potential of mn:pin-pmn-pt single crystals for use as both transmitters and receivers in acoustic transducers. the combination of outstanding piezoelectric properties, high coercive field, and excellent thermal stability suggests that mn-doped pin-pmn-pt single crystals are promising candidates for high-power transducer applications.