Üç Bileşenli [Pb(Mg1/3Nb2/3)O3, Pb(Yb1/2Nb1/2)O3, PbTiO3] Piezoseramiklerine Mn İlavesi İle Elektriksel Sert Karakter Kazandırılması

Abstract

Bu çalışmada Mn ile katkılanmış Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb(Yb1/2Nb1/2)O3-PbTiO3 (PMN-PYbN-PT) esaslı piezoseramiklerin dielektrik ve elektromekanik özellikleri araştırılmıştır. %1 mol MnCO3 içeren 0,2875PMN-0,2875PYbN-0,425PT kompozisyonu 1100˚C’de sinterlenerek üretilmiştir. %98 göreceli yoğunluğa ve tamamen perovskit faza sahip bu numunelerin 33 0 ε /ε T = 1728, tanδ = %0,35, d33 = 320 pC/N, d31 = -103 pC/N, Qm = 467, kp = %40, k31 = %24, k33 = %49 ve Tc = 275˚C olarak ölçülmüştür. Benzer özellikler Mn katkısı yapılmamış ve 1000˚C’de sinterlenerek üretilmiş numunelerde 33 0 ε /ε T = 2380, tanδ = %1,95, d33 = 433 pC/N, d31 = -145 pC/N, Qm = 60, kp = %43, k31 = %27, k33 = %48 ve Tc = 280˚C olarak ölçülmüştür. Mn ilavesi nedeniyle özellikle sistemdeki tanδ azalmış, Qm ise artmıştır. Muhtemelen Mn2+/Mn3+ iyonları perovskit yapıdaki oksijen oktahedralin merkezindeki B-konumu iyonları ile yer değiştirerek alıcı (acceptor) iyon olarak davranmaktadır ve kusur çiftleri oluşturmaktadır. Bu kusur çiftleri ise yapıdaki domain duvar hareketlerini engellediğinden sistemdeki dielektrik ve mekanik kayıplar azalmakta böylece sistem “sert” karakter kazanmaktadır. Sonuç olarak, Mn ihtiva eden “sert” karakterli 0,2875PMN-0,2875PYbN-0,425PT piezoseramikler tekrar eden yüksek elektriksel ve mekanik gerilmelerde çalışan uygulamalarda kullanılabilecek potansiyeldedir.

In this study, dielectric and electromechanical properties of Mn doped Pb(Mg1/3Nb2/3)O3- Pb(Yb1/2Nb1/2)O3-PbTiO3 (PMN-PYbN-PT) based piezoceramics were studied. Fully pervskite and 98% dense 0,2875PMN-0,2875PYbN-0,425PT ceramics modified with 1 mol% MnCO3 were fabricated after sintering at 1100˚C. 33 0 ε /ε T = 1728, tanδ = %0,35, d33 = 320 pC/N, d31 = -103 pC/N, Qm = 467, kp = 40%, k31 = 24%, k33 = 49% and Tc = 275˚C were measured. However, undoped ceramics sintered at 1000˚C had 33 0 ε /ε T = 2380, tanδ = %1,95, d33 = 433 pC/N, d31 = -145 pC/N, Qm = 60, kp = 43%, k31 = 27%, k33 = 48% and Tc = 280˚C. The addition of Mn resulted in decreasing tanδ and increasing Qm. Acceptor Mn2+/Mn3+ ions presumably substituted B-site ions in the center of oxygen octahedral of perovskite structure; therefore, some defect dipole pairs were formed. The electrically “hard” character were induced as a result of the domain wall motoin pinning due to the existing defect pairs, which resulted in decreased dielectric and mechanical losses. In summary, Mn doped 0,2875PMN-0,2875PYbN-0,425PT piezoceramics with “hard” character are good potential for device applications working under heavy electrical and mechanical stresses.