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22.07.2021 | Original Research Article | Ausgabe 10/2021

Journal of Electronic Materials 10/2021

A 3-Dimensional Approach for Evaluating the Influence of Poling Orientation on Piezoelectric Characteristics

Zeitschrift:
Journal of Electronic Materials > Ausgabe 10/2021
Autoren:
Kamalpreet Singh, Saurav Sharma, Mohammad Talha, Rajeev Kumar
Wichtige Hinweise

Publisher's Note

Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.

Abstract

The present study proposes a 3-dimensional approach for enhancing the effective piezoelectric properties by poling orientation. The governing parameters for actuation and sensing applications are \(d_{31}\) and \(d_{31} /\varepsilon_{33}\), respectively. The effective magnitudes of these parameters, i.e., \( d_{31}^{{{\text{eff}}}}\) and \(d_{31}^{{{\text{eff}}}} /\varepsilon_{33}^{{{\text{eff}}}}\) , change with poling angles (roll and pitch angles). The combination of poling angles corresponding to the maximum magnitude of \( d_{31}^{{{\text{eff}}}}\) and \(d_{31}^{{{\text{eff}}}} /\varepsilon_{33}^{{{\text{eff}}}}\) is called the optimum poling angle for piezoelectric materials. BaTiO3 and KNN piezoelectric materials with tetragonal symmetry show an enhancement in \(d_{31}^{{{\text{eff}}}} /\varepsilon_{33}^{{{\text{eff}}}}\) and \( d_{31}^{{{\text{eff}}}}\) at an optimized poling angle (roll angle). The piezoelectric material, 0.67Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.33PbTiO3 (PMN-0.33PT) with rhombohedral symmetry, shows a maximum improvement of 575% in \(d_{31}^{{{\text{eff}}}} /\varepsilon_{33}^{{{\text{eff}}}}\) at an optimum roll angle of 29° and a pitch angle of 60°. On the other hand, PMN-0.33PT shows an enhancement of 2034.44% in the \( d_{31}^{{{\text{eff}}}}\) coefficient at optimum roll and pitch angles of 50° and 60°. The effect of poling orientation on different piezoelectric materials with tetragonal and rhombohedral symmetry has been studied for actuation and sensing applications. The experimental approach to achieve inclination of dipoles through the placement of electrodes for different piezoelectric materials is also discussed.

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