تأثیر افزودنی‌های اکسید لانتانیم و نئودیم بر ریزساختار و خواص الکتریکی سرامیک‌های PZT

Abstract

در این تحقیق تأثیر افزودنی‌های اکسیدیِ لانتانیم و نئودیم بر ریزساختار و خواص الکتریکی پیزوالکتریک‌های محلول جامد تیتانات زیرکونات سرب با ترکیب در محدوده‌ی مرز مورفوتروپیک بررسی شده است. برای این منظور، اکسید لانتانید به مقدار صفر تا ۳ درصد مولی به ترکیب پایه‌ی $P‌b_{1.1}(Z‌r_{0.53}T‌i_{0/47}) O_3$ اضافه شده که روش ساخت آنها طبق روش معمول ساخت سرامیک‌ها است. مشاهده شده است که افزودن ۲٪ مولی از افزودنی لانتانیم‌دار به ترکیب، ضمن بهبود چگالش و زینتر در دمای $1200^0C$, تأثیر عمده‌یی در بهینه‌شدن ریزساختار دارد و علی‌رغم این که هر دو یون اضافه شونده از خانواده‌ی لانتانیدها بوده و خاصیتِدهندگی الکترون دارند، تناسب شعاع یونی لانتانیم با سرب و سازگاری بیشتر آن با ساختار پایه حد حلالیت آن را افزایش می‌دهد. اما با افزایش مقدار یون یا کاهش دمای زینتر فاز ثانویه‌یی مشاهده می‌شود و افزایش چهاروجهی بودن شبکه نمی‌تواند جبران‌کننده‌ی تنش‌های ناشی از ورود یون اضافه‌شونده شود. افزودن یون لانتانیم منجر به کاهش اندازه‌دانه‌های ساختار می‌شود. درمورد یون نئودیم نیز این تغییرات از درصدهای کم‌تری آغاز می‌شود. نئودیم نیز اندازه دانه‌ها را کاهش می‌دهد، اما تأثیر این یون در افزایش چگالی محسوس نیست. نهایتاً بررسی خواص الکتریکی و پیزوالکتریکی نمونه‌های ساخته‌شده نشان می‌دهد که بیشترین تغییرات در خواص هنگامی رخ می‌دهد که ۲٪ مولی یون لانتانیم افزوده شود. پس از آن، روند تغییرات کند و درمواردی حالت عکس به خود می‌گیرد.