Kurşunsuz piezoelektrik seramiklerin özelliklerinin mikroyapı tasarımı ile geliştirilmesi
Development of the properties of lead-free piezoelectric ceramics by microstructure design
Yazar: HATİCE ŞULE TETİK
Danışman: PROF. DR. ENDER SUVACI
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering
Dizin: Elektroseramik = Electroceramics ; Piezoelektrik malzemeler = Piezoelectric materials ; Piezoelektrik seramik = Piezoelectric ceramic ; Seramik tozları = Ceramic powders

Özet:
Dünyada artan çevre dostu ve sürdürülebilir büyümeyi destekleyen malzemeler konusundaki bilinç, Türkiye'nin de içinde yer aldığı pek çok ülkede kurşun içeren piezoelektrik malzemelerin sınırlandırılmasına yönelik araştırmaları hızlandırmıştır. Bu tez çalışmasında pek çok farklı uygulama için yüksek potansiyel sergileyen NBT esaslı kurşunsuz yönlendirilmiş K0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3-Na0.5Bi0.5TiO3 (KBT-BT-NBT) piezoelektrik seramiklerin özelliklerinin hem kimyasal modifikasyon hem de kristalografik yönlendirme yaklaşımıyla geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaca yönelik (1-x)(K0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3)-xNa0.5Bi0.5TiO3, KBT:BT=2:1 ve x=0.8 olacak şekilde ara basamaklı ve tek basamaklı üretim yöntemiyle üretilmiştir. Yönlenmiş seramikler ise yönlendirilmiş çekirdekle kontrollü tane büyümesi (TGG) yöntemine göre ara basamaklı üretim yöntemiyle elde edilmiş matris içerisine ağırlıkça %5, 10, 15 oranında K0.5Bi0.5TiO3, BaTiO3, Na0.5Bi0.5TiO3 çekirdekler eklenerek ve şerit döküm tekniği kullanılarak şekillendirilip, 1150 ℃ ve 1175 ℃'de 48 saat sinterlendikten sonra başarıyla üretilmiştir. 1150℃'de 48 saat sinterlenmiş %10 BT çekirdekli seramiklerde en iyi yönlenme derecesi %74, ve piezoelektrik sabiti d33=188 pC/N değerleri elde edilirken, 36kV/cm elektrik alan altında %5 BT çekirdekli seramiklerde en yüksek polarizasyon Pr=~25 µC/cm2, %10 NBT çekirdekli seramiklerde ise en yüksek gerinim ~%0,3 ve geniş sinyal piezoelektrik katsayı d_33^*=777 pm/V değerleri elde edilmiştir. Elektriksel karakterizasyon sonuçları, matris kompozisyonuna göre yönlendirme ile hem piezoelektrik katsayının hem de polarizasyon yeteneğinin arttığını göstermiştir.

Abstract:
Growing awareness in the World on materials that are enviromentally friendly and supporting sustainable growth, including Turkey's lead in many countries has accelerated research that takes place within the piezoelectric material for the limitation. In this thesis, it is aimed to improve the properties of NBT based lead-free oriented K0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3-Na0.5Bi0.5TiO3 (KBT-BT-NBT) piezoelectric ceramics with both chemical modification and crystallographic orientation approach, which exhibit high potential for many different applications. For this purpose, (1-x)(K0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3)-xNa0.5Bi0.5TiO3 was produced with inter-step and single step production method with KBT:BT=2:1 and x=0.8. Oriented ceramics were formed, using 5, 10 and 15% by weight K0.5Bi0.5TiO3, BaTiO3, N0.5Bi0.5TiO3 templates into the matrix obtained with inter-step production, and they were shaped by tape casting technique using the templated grain growth (TGG) method. It was produced successfully after sintering 1150 ℃ and 1175 ℃ for 48 hours. For ceramics with 10% BT templated  sintered at 1150 ℃ for 48 hours, the best orientation degree 74% and piezoelectric constant d33 = 188 pC/N  values, while the highest polarization in ceramics with 5% BT templated under 36kV/cm electric field Pr= ~ 25 µC/cm2, 10% NBT templated ceramics under 36kV/cm electric field the highest strain ~0.3% and large signal piezoelectric coefficient d_33^*=777 pm/V values were obtained. Electrical characterization results showed that both piezoelectric coefficient and polarization capability increased by orientation according to matrix composition.