Skip to main content
Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 24/2017

04.09.2017

Impact of K-compensation on phase fraction, dielectric permittivity, remnant polarization and piezoelectric constant of sodium potassium bismuth titanate ceramics

verfasst von: M. Veera Gajendra Babu, B. Bagyalakshmi, B. Sundarakannan

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 24/2017

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

Sodium potassium bismuth titanate ceramics (NKBTx) has been considered as a potential replacement material to lead-based one due to its moderate piezoelectric constant and high Curie temperature. Recently, the piezoelectric constant and remnant polarization of NKBTx ceramics with x = 0.20 mol fraction has been improved by considering the hygroscopic nature and volatility of K2CO3. In the present work, detailed structural information of K-compensated NKBTx ceramics has been examined using Rietveld refinement program. Samples with three different mole fractions (x = 0.10, 0.20 and 0.30) were synthesized using solid-state reaction method. Not like in earlier reports, x = 0.10 and 0.30 mol fraction samples also have a mixture of rhombohedral and tetragonal phases which are revealed from Rietveld refinement. The presence of superlattice reflection \(\tfrac{1}{2}{\left\{ {311} \right\}_{pc}}\) near 38° indicated that the existing rhombohedral phase has R3c symmetry in x = 0.10 mol fraction. Where as in x = 0.20 and 0.30 mol fraction samples, satisfactory profile fitting is obtained with rhombohedral (R3m) + tetragonal (P4mm) mixed phase structural model due to the absence of superlattice reflection. Grain growth is suppressed with the addition of xmole fraction and it is evidenced from the microstructure. Reduction of dielectric permittivity and slight shifting of phase transition temperature toward high temperature with increase in frequency indicates, all the samples have relaxor in nature. Temperature at which the dielectric permittivity maximum (T m) increased from 325 to 345 °C with increase in x-mole fraction from 0.10 to 0.30 respectively. It is revealed from the modified Curie–Weiss law that the degree of diffusion (γ) is reduced from 1.95 to 1.71 with increase in x-mole fraction. Large remnant polarization, relative permittivity and piezoelectric constant are obtained for x = 0.20 composition and they are 21 μC/cm2, 4530 (at 5 KHz) and 215 pC/N respectively. Consolidated results reveals the extension of MPB region is strongly attributed to the K+ and Bi3+ compensation and the obtained electrical properties are associated with the phase fraction of end members as exhibited in lead-based piezoelectric ceramics.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat Y. Saito, H. Takao, T. Tani, T. Nonoyama, K. Takatori, T. Homma,T. Nagaya, M. Nakamura, Nature 432, 84 (2004)CrossRef Y. Saito, H. Takao, T. Tani, T. Nonoyama, K. Takatori, T. Homma,T. Nagaya, M. Nakamura, Nature 432, 84 (2004)CrossRef
3.
Zurück zum Zitat G.A. Smolenskii, V.A. Isupov, A.I. Agranovskaya, N.N. Krainic, Sov. Phys. Solid State 2, 2651 (1961) G.A. Smolenskii, V.A. Isupov, A.I. Agranovskaya, N.N. Krainic, Sov. Phys. Solid State 2, 2651 (1961)
4.
Zurück zum Zitat T. Takennaka, K. Maruyama, K. Sakata, Jpn. J. Appl. Phys. 30, 2236 (1991)CrossRef T. Takennaka, K. Maruyama, K. Sakata, Jpn. J. Appl. Phys. 30, 2236 (1991)CrossRef
5.
Zurück zum Zitat A. Sasaki, T. Chiba, Y. Mamiya, E. Otsuki, Jpn. J. Appl. Phys. 38, 5564 (1999)CrossRef A. Sasaki, T. Chiba, Y. Mamiya, E. Otsuki, Jpn. J. Appl. Phys. 38, 5564 (1999)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat B. Kounga, S.T. Zhang, W. Jo, T. Granzow, J. Rödel, Appl. Phys. Lett. 92, 222902 (2008)CrossRef B. Kounga, S.T. Zhang, W. Jo, T. Granzow, J. Rödel, Appl. Phys. Lett. 92, 222902 (2008)CrossRef
7.
8.
Zurück zum Zitat T. Takennaka, T. Takeo, K. Takegahara, Ferroelectrics 196, 175 (1997)CrossRef T. Takennaka, T. Takeo, K. Takegahara, Ferroelectrics 196, 175 (1997)CrossRef
9.
10.
11.
12.
Zurück zum Zitat M. Veera Gajendra Babu, S.M. Abdul Kader, M. Muneeswaran, N.V. Giridaran, D. Pathinettam Padiyan, B. Sundarakannan, Mater. Lett. 146, 81 (2015)CrossRef M. Veera Gajendra Babu, S.M. Abdul Kader, M. Muneeswaran, N.V. Giridaran, D. Pathinettam Padiyan, B. Sundarakannan, Mater. Lett. 146, 81 (2015)CrossRef
13.
Zurück zum Zitat P. Pronin, N.N. Parfenova, N.V. Zaitseva, V.A. Isupov, G.A. Smolenskii, Sov. Phys. Solid State 24, 1060 (1982) P. Pronin, N.N. Parfenova, N.V. Zaitseva, V.A. Isupov, G.A. Smolenskii, Sov. Phys. Solid State 24, 1060 (1982)
14.
Zurück zum Zitat A.J. Royles, A.J. Bell, A.P. Jephcoat, A.K. Kleppe, S.J. Milne, T.P. Comyn, Appl. Phys. Lett. 97, 132909 (2010)CrossRef A.J. Royles, A.J. Bell, A.P. Jephcoat, A.K. Kleppe, S.J. Milne, T.P. Comyn, Appl. Phys. Lett. 97, 132909 (2010)CrossRef
15.
Zurück zum Zitat T. Suzuki-Muresan, P. Deniard, E. Gautron, V. Petříček, S. Jobic, B. Grambow, J. Appl. Cryst. 43, 1092 (2010)CrossRef T. Suzuki-Muresan, P. Deniard, E. Gautron, V. Petříček, S. Jobic, B. Grambow, J. Appl. Cryst. 43, 1092 (2010)CrossRef
16.
17.
Zurück zum Zitat W. Jo, J.E. Daniels, J.L. Jones, X. Tan, P.A. Thomas, D. Damjanovic, J. Rödel, J. Appl. Phys. 109, 014110 (2011)CrossRef W. Jo, J.E. Daniels, J.L. Jones, X. Tan, P.A. Thomas, D. Damjanovic, J. Rödel, J. Appl. Phys. 109, 014110 (2011)CrossRef
18.
Zurück zum Zitat R.E. Eitel, S.J. Zhang, T.R. Shrout, C.A. Randall, I. Levin, J. Appl. Phys. 96, 2828 (2004)CrossRef R.E. Eitel, S.J. Zhang, T.R. Shrout, C.A. Randall, I. Levin, J. Appl. Phys. 96, 2828 (2004)CrossRef
20.
Zurück zum Zitat X.G. Tang, X.X. Wang, K.H. Chew, H.L. Chan, Solid State Commun. 136, 89 (2005)CrossRef X.G. Tang, X.X. Wang, K.H. Chew, H.L. Chan, Solid State Commun. 136, 89 (2005)CrossRef
21.
Zurück zum Zitat C. Ma, X. Tan, E. Dul’Kin, M. Roth, J. Appl. Phys. 108, 104105 (2010)CrossRef C. Ma, X. Tan, E. Dul’Kin, M. Roth, J. Appl. Phys. 108, 104105 (2010)CrossRef
22.
Zurück zum Zitat A. Prasatkhetragarn, N. Vittayakorn, S. Ananta, R. Yimnirun, D.P. Cann, Jap. J. Appl. Phys. 47, 998 (2008)CrossRef A. Prasatkhetragarn, N. Vittayakorn, S. Ananta, R. Yimnirun, D.P. Cann, Jap. J. Appl. Phys. 47, 998 (2008)CrossRef
23.
Zurück zum Zitat Y.R. Zhang, F.J. Li, B.P. Zhang, C.E. Peng, J. Appl. Phys. 103, 074109 (2008)CrossRef Y.R. Zhang, F.J. Li, B.P. Zhang, C.E. Peng, J. Appl. Phys. 103, 074109 (2008)CrossRef
25.
Zurück zum Zitat M. Kelly, C. Leonard, A. Tantigate, Safari, J. Am. Ceram. Soc. 80, 957 (1997)CrossRef M. Kelly, C. Leonard, A. Tantigate, Safari, J. Am. Ceram. Soc. 80, 957 (1997)CrossRef
Metadaten
Titel
Impact of K-compensation on phase fraction, dielectric permittivity, remnant polarization and piezoelectric constant of sodium potassium bismuth titanate ceramics
verfasst von
M. Veera Gajendra Babu
B. Bagyalakshmi
B. Sundarakannan
Publikationsdatum
04.09.2017
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 24/2017
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-017-7811-8

Weitere Artikel der Ausgabe 24/2017

Journal of Materials Science: Materials in Electronics 24/2017 Zur Ausgabe

Neuer Inhalt