Добавление MnO2 при полученииТемпературные свойства тетрагональных (Bi,Na)TiO3 -BaTiO3 толстых пленок на керамических подложках MgO

представить (кого-л. на работу и т.д.)

В связи с экологическими проблемами существует необходимость в разработке бессвинцовых пьезоэлектрических материалов с характеристиками, сопоставимыми с пьезоэлектрическими материалами на основе Pb (PZT и родственные материалы). Материалы на основе Pb используются во многих приложениях, таких как актуаторы и датчики. Возможными альтернативами материалам на основе Pb являются (Bi,Na)TiO3, 4-11) (K,Na)NbO3, 12-15) и BaTiO3 16-18) и их твердые растворы. Среди них (1-x)(Bi,Na)TiO3-xBaTiO3 (BNT-100xBT) и родственные материалы были интенсивно исследованы благодаря своим превосходным электрическим свойствам. Керамика BNT-100xBT в области MPB (0,06 ⩽ x ⩽ 0,08), несмотря на то, что Td в области MPB относительно низкая (110 °C-140 °C). Хотя Tds для x < 0,05 (ромбический R3c, ∼150 °C) и 0,09 < x (тетрагональный P4mm, ∼160 °C) выше, чем в области MBP, Tds в практических приложениях все еще очень низкие. Для преодоления этой проблемы в керамике на основе УНТ сообщалось, что искажение решетки в результате закалки увеличивает Td.

Для производства электронных устройств используются различные технологии получения тонких пленок, такие как спин-покрытие и напыление. Из них трафаретная печать часто выбирается для изготовления толстых пленок из-за простоты нанесения рисунка и экономичности крупносерийного производства. Поэтому мы приготовили бессвинцовые толстые пленки BNT-100xBT (x = 0,03, 0,05, 0,07, 0,09 и 0,17) методом трафаретной печати. В этом исследовании мы обнаружили, что остаточные сжимающие напряжения привели к увеличению Td в толстых пленках BNT-100xBT, что привело к более высокому Td в толстых пленках на подложках MgO, чем в толстых пленках на подложках из объемной керамики или YSZ или Al2O3. ⩽ x ⩽ 0.07) демонстрирует большой Pr ~16 μC см-2 при комнатной температуре, в то время как увеличение Td ограничено, поскольку тепловое расширение BNT-100xBT (0.05 ⩽ x ⩽ 0.07) близко к тепловому расширению подложки MgO. Увеличение Td (>100 °C) больше для состава x = 0,17, чем для более толстых пленок вблизи состава MPB (30 °C-70 °C) из-за большой разницы в их тепловом расширении. Однако Pr толстых пленок BNT-17BT при комнатной температуре относительно низкий - 10 мкС см-2 . Поэтому необходимо улучшить электрические свойства толстых пленок при комнатной температуре с высокой Td. Добавление Mn улучшает электрические свойства BNT-100xBT и родственных ему материалов. Однако эффект от добавления Mn в толстые пленки BNT-100xBT не был продемонстрирован. Кроме того, до сих пор неизвестно увеличение Td толстых пленок BNT-100xBT, вызванное остаточными сжимающими напряжениями вблизи x = 0,17 и 0,17 < x.

В данном исследовании также изучался эффект добавления MnO2 в толстые пленки BNT-100xBT в диапазоне от комнатной температуры до высокой температуры и температурная зависимость толстых пленок BNT-100xBT (0,14 ⩽ x ⩽ 0,40) с целью разработки бессвинцовых толстых пленок BNT-100xBT с хорошими электрическими свойствами.

 

Приложения

В данной работе исследована температурная зависимость толстых пленок (1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xBaTiO3 (BNT-100xBT, 0.14 ⩽ x ⩽ 0.40) с добавками MnO2. Добавление 0,2 мас.ч. MnO2 в толстую пленку увеличивало остаточную поляризацию (Pr) и улучшало ее температурную стабильность, при этом значения Pr толстой пленки были сопоставимы со значениями толстой пленки с модифицированной фазовой границей (MPB), а температуры деполяризации (Tds) выше, чем у объемной керамики, причем самая высокая Td наблюдалась в толстой пленке BNT-20BT с MnO2 - около 300 °C. Чтобы понять изменение Td в зависимости от состава x, важно отметить, что температурная зависимость Td от состава MnO2 не является фактором. Td от состава x, мы исследовали тепловое расширение BNT-100xBT. © 2021 Японское общество прикладной физики

На рис. 12 показана кристаллическая фаза образца, охарактеризованная методом рентгеновской дифракции (XRD) с использованием Cu-Kα излучения (Rigaku Corporation Smart Lab). Кривые теплового расширения объемной керамики измерялись от 60 °C до 1000 °C во время нагрева с помощью термомеханического анализа (ТМА; SII EXSTAR6000). Для измерения температурной зависимости диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь при нагреве на частоте 100 кГц использовался анализатор импеданса. Петли гистерезиса P-E измерялись путем подачи биполярного треугольного сигнала с частотой 100 Гц с помощью ферроэлектрической испытательной системы (TOYO Corporation FCE10-S). Петли гистерезиса P-E усреднялись по циклам 2, 3 и 4 циклических измерений.

 

источник (информации и т.д.)

Авторы: Юичи Сакаи1 и Томоаки Караки

Учреждение: Центр исследований и разработок промышленных технологий Тоямы, Тояма 9300866, Япония 2 Кафедра электротехники и электроники, инженерный факультет, Префектуральный университет Тоямы, Имидзу, Тояма 9390398, Япония Инженерный факультет, Университет префектуры Тояма, Имидзу, Тояма 9390398, Япония

Опубликовано: Получено 1 июня 2021 г.; пересмотрено 4 июля 2021 г.; принято 7 июля 2021 г.; опубликовано онлайн 22 июля 2021 г.

Ключевые слова: порошок, бессвинцовые пьезоэлектрические материалы, высокая температура, керамика

Журнал: Японский журнал прикладной физики

Сайт источника статьи:Влияние добавки MnO2 на температурно-зависимые свойства толстых пленок тетрагонального (Bi,Na)TiO3-BaTiO3, приготовленных на керамике MgO подложках

Сопутствующие товары