K0.5bi0.5tio3-batio3-na0.5bi0.5tio3 esaslı tozlarda kompozisyonun mikroyapı gelişimi ve elektriksel özelliklere etkisinin belirlenmesi
Determination of the effect of composition on microstructure and electrical properties in k0.5bi0.5tio3-batio3-na0.5bi0.5tio3 based powders
Yazar: OZAN ŞÜKRÜ ATEŞ
Danışman: PROF. DR. ENDER SUVACI
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Piezoelektrikler sensörlerden tepkileyicilere, enerji depolayıcılardan ultrasonik motorlara kadar çok sayıda uygulama alanına sahip özel bir malzeme sınıfıdır. Fakat yaygın olarak kullanılan piezoelektrik seramikler kurşun içerikli olduğundan doğal yaşam için tehlike oluşturmaktadır ve bu yüzden çevre dostu kurşunsuz piezoelektrik seramiklerin geliştirilmesi son derece önem kazanmıştır. Kurşunsuz Sodyum Bizmut Titanat (NBT) içerikli piezoelektrik malzemeler araştırmacılar tarafından, kurşun içerikli piezoelektrik malzemelerin yerine en iyi aday olarak gösterilmektedir. NBT içerikli kurşunsuz piezoseramikler arasından K0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3-Na0.5Bi0.5TiO3 katı çözeltisi, yüksek piezoelektrik kat sayısı, yüksek eşleşme kat sayısı, düşük enerji kaybı ve yüksek depolarizasyon sıcaklığına sahip olması sebebiyle özellikle tepkliyeci uygulamalarına yönelik malzeme geliştirme çalışmalarında dikkat çekmektedir. Gerçekleştirilen bu çalışmamızda yüksek dielektrik, piezoelektrik ve ferroelektrik özelliklere sahip matris tozları (1-x)(K0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3)-xNa0.5Bi0.5TiO3 (KBT:BT=2:1) sistemi, x=0,5, x=0,6, x=0,7, x=0,8 ve x=0,9  kompozisyonlarında geleneksel katı oksit karıştırma tekniği kullanılarak üretilmiştir. Üretilen tozlar TG-DTA ve XRD analiz sonuçlarına göre 880°C'de 3 saat kalsine edilmiştir. Daha sonra preslenerek pelet haline getirilen matris tozları TMA analiz sonuçlarına göre 1125°C'de 4 saat sinterlenmiştir. SEM ile morfoloji analizi yapılan seramiklerin homojen tane dağılımına ve kompakt yapıya sahip olduğu gözlenmiştir. Bu yapılan çalışmalar sonucunda x=0,8 kompozisyonunun öne çıktığı tespit edilmiştir. Bu kompozisyona ait numunenin elektriksel ölçüm sonuçlarından kalıcı polarizasyonun 8,1 µC/cm2, zorlayıcı alan 9,96 kV/cm, piezoelektrik kat sayısı (d33) değeri 133 pC/N ve depolarizasyon sıcaklığı (Td) ise 198°C'olarak olarak belirlenmiştir.
Anahtar Sözcükler: Piezoelektriklik, Ferroelektriklik, Matris tozu, Sodyum bizmut titanat içerikli, Elektriksel özellikler.

Abstract:
Piezoelectric materials are a special class of materials with a wide range of applications, from sensors to actuator, energy storage to ultrasonic motors. However, commonly used lead-based piezoelectric ceramics are very toxic for the natural life and  therefore, it is necessary to develop environment-friendly lead-free piezoelectrics ceramics has become extremely important. Lead-free Sodium Bismuth Titanate (NBT) containing piezoelectric materials are the best candidates instead of lead containg piezoelectric materials shown by researchers. Among the NBT-containing lead-free piezoceramics, K0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3-Na0.5Bi0.5TiO3 solid solution attracts to much attention especially in material development studies for actuator applications due to its high piezoelectric coefficient, high coupling coefficient, low energy loss and high depolarization temperature. In this study, matrix powders with high dielectric, piezoelectric and ferroelectric properties (1-x)(K0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3)-xNa0.5Bi0.5TiO3 (KBT:BT=2:1) system, were produced using the conventional solid oxide mixing technique in the compositions of x = 0,5, x = 0,6, x = 0,7, x = 0,8 and x = 0,9. The powders were calcined at 880°C for 3 hours according to the results of  TG-DTA and XRD analysis. Then, matrix powders, which were pressed into pellets, and sintered at 1125°C for 4 hours according to the results of TMA analysis. It was observed that the ceramics, which were analyzed by SEM, had homogeneous grain distribution and compact structure. As a result of these studies, it was determined that the composition of x = 0.8 stands out. From the electrical measurement results of the sample of this composition, permanent polarization was determined as 8,1 µC/cm2, coercive field 9,96 kV/cm, piezoelectric coefficient (d33) value 133 pC/N and depolarization temperature (Td) 198°C.
Keywords: Piezoelectricity, Ferroelectricity, Matrix powder, Sodium bismuth titanate based, Electrical properties.