프레젠테이션

환경 문제로 인해 납 기반 압전 소재(PZT 및 관련 소재)에 필적하는 성능을 가진 무연 압전 소재를 개발해야 할 필요성이 대두되고 있습니다. 납 기반 소재는 액추에이터 및 센서와 같은 많은 애플리케이션에 사용되어 왔습니다. Pb 기반 소재의 가능한 대안으로는 (Bi,Na)TiO3, 4-11) (K,Na)NbO3, 12-15) 및 BaTiO3 16-18) 및 그 고용체가 있습니다. 이 중 (1-x)(Bi,Na)TiO3-xBaTiO3(BNT-100xBT) 및 관련 소재는 우수한 전기적 특성으로 인해 집중적으로 연구되고 있습니다. MPB 영역(0.06 ⩽ x ⩽ 0.08)의 BNT-100xBT 세라믹은 MPB 영역의 Td가 상대적으로 낮음(110°C-140°C)에도 불구하고 전기적 특성이 우수합니다. x < 0.05(마름모꼴 R3c, ∼150°C) 및 0.09 < x(정사각형 P4mm, ∼160°C)의 Tds는 MBP 영역보다 높지만 실제 응용 분야에서의 Tds는 여전히 매우 낮습니다. BNT 기반 세라믹에서 이 문제를 극복하기 위해 담금질로 인한 격자 왜곡이 Td를 증가시키는 것으로 보고되었습니다.

전자 장치는 스핀 코팅 및 스퍼터링과 같은 다양한 박막 준비 기술을 사용하여 제조됩니다. 이 중 스크린 인쇄는 패터닝이 용이하고 비용 효율적인 대량 생산이 가능하기 때문에 두꺼운 필름을 제작할 때 자주 선택됩니다. 따라서 우리는 스크린 인쇄를 사용하여 무연 BNT-100xBT(x = 0.03, 0.05, 0.07, 0.09 및 0.17) 박막을 제조했습니다. 이 연구에서 우리는 잔류 압축 응력이 BNT-100xBT 후막의 Td를 초래하여 벌크 세라믹 또는 YSZ 또는 Al2O3 기판보다 MgO 기판의 후막에서 더 높은 Td를 초래한다는 것을 발견했습니다.BNT-100xBT 후막의 구성은 MPB (0.05 ⩽ x ⩽ 0.07)는 상온에서 ~ 16 μC cm-2의 큰 Pr을 나타내며, BNT-100xBT (0.05 ⩽ x ⩽ 0.07)의 열 팽창은 MgO 기판에 가깝기 때문에 Td의 증가는 제한적입니다. 열팽창의 큰 차이로 인해 x = 0.17 조성의 경우 열팽창의 증가(>100°C)가 MPB 조성(30°C-70°C)에 가까운 두꺼운 필름보다 더 큽니다. 그러나 상온에서 BNT-17BT 후막의 Pr은 10 μC cm-2로 상대적으로 낮습니다. 따라서 상온에서 높은 Td로 후막의 전기적 특성을 개선할 필요가 있습니다. Mn을 첨가하면 BNT-100xBT 및 관련 재료의 전기적 특성이 향상됩니다. 그러나 BNT-100xBT 후막에 Mn 첨가의 효과는 입증되지 않았습니다. 또한 x = 0.17 및 0.17 < x 주변의 잔류 압축 응력으로 인한 BNT-100xBT 후막의 Td 증가는 아직 알려지지 않았습니다.

이 연구는 또한 전기적 특성이 우수한 무연 BNT-100xBT 박막을 개발하기 위해 상온에서 고온에 이르는 BNT-100xBT 박막에 MnO2를 첨가하는 효과와 BNT-100xBT (0.14 ⩽ x ⩽ 0.40) 박막의 온도 의존성을 조사했습니다.

애플리케이션

이 논문에서는 MnO2 첨가제를 사용한 (1-x)(Bi0.5Na0.5) TiO3-xBaTiO3(BNT-100xBT, 0.14 ⩽ x ⩽ 0.40) 박막의 온도 의존성을 조사합니다. 후막에 0.2 wt% MnO2를 첨가하면 잔류 분극(Pr)이 증가하고 온도 안정성이 향상되어 후막의 Pr 값은 수정 상 경계(MPB) 조성의 후막과 비슷하고 탈분극 온도(Tds)는 벌크 세라믹보다 높았으며, MnO2를 첨가한 BNT-20BT 후막에서 약 300°C로 가장 높은 Td가 관찰되었습니다. 조성 x에 따른 Td의 변화를 이해하려면 MnO2의 조성에서 Td의 온도 의존성이 중요한 요소가 아니라는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 조성 x에 따른 Td는 BNT-100xBT의 열팽창을 조사했습니다. 2021 일본응용물리학회

그림 12는 Cu-Kα 방사선을 사용하여 X선 회절(XRD)로 특성화한 샘플의 결정상을 보여줍니다(리가쿠 코퍼레이션 스마트 랩). 벌크 세라믹의 열팽창 곡선은 열역학적 분석(TMA; SII EXSTAR6000)을 사용하여 가열 중 60°C~1000°C에서 측정했습니다. 임피던스 분석기를 사용하여 100kHz에서 가열하는 동안 유전 상수 및 탄δ의 온도 의존성을 측정했습니다. 강유전체 테스트 시스템(TOYO Corporation FCE10-S)을 사용하여 100Hz에서 양극성 삼각 파형을 적용하여 P-E 히스테리시스 루프를 측정했습니다. P-E 히스테리시스 루프는 주기적 측정의 사이클 2, 3, 4에 걸쳐 평균을 냈습니다.

출처

저자: 사카이 유이치1, 카라키 토모아키1

기관: 도야마 산업기술연구개발센터, 도야마 9300866, 일본 2 도야마 현립대학교 공학부 전기전자공학부, 도야마 현 이미즈, 도야마 9390398, 일본 도야마 현립대학교 공학부, 도야마 현 이미즈, 도야마 9390398, 일본

발행: 2021년 6월 1일 접수, 2021년 7월 4일 수정, 2021년 7월 7일 승인, 2021년 7월 22일 온라인 게시

키워드: 분말, 무연 압전 재료, 고온, 세라믹, 세라믹

저널: 일본 응용 물리학 저널

기사 소스 웹사이트.MgO 세라믹에 제조된 사면체 (Bi,Na)TiO3-BaTiO3 박막의 온도 의존적 특성에 대한 MnO2 첨가의 효과 기판