Influencia de la adición de CuO sobre las propiedades dieléctricas y piezoeléctricas de cerámicos K1/2Na1/2NbO3

Abstract

RESUMENCon el objetivo de evaluar la influencia del Cu sobre las propiedades dieléctricas y piezoeléctricas del K 1/2 Na 1/2 NbO 3 (KNN) se sintetizó, por reacción en estado sólido, KNN dopado con diferentes concentraciones de CuO (0 a 2% mol). El análisis del material se realizó empleando mediciones de densidad por el méto-do de Arquímedes, difracción de rayos X (DRX), espectroscopía Raman, microscopía electrónica de barrido (SEM), curvas de polarización, constante piezoeléctrica (d33) y espectroscopía de impedancia a temperatura ambiente. En general, se observó que el aditivo no logró mejorar las propiedades dieléctricas o piezoeléctri-cas. Pequeñas cantidades de CuO (0,5%mol) afectaron ligeramente el proceso de densificación, mientras que altas concentraciones incrementaron la porosidad. Asimismo, bajas concentraciones de CuO redujeron drásti-camente los valores de d33, presumiblemente debido al efecto endurecedor del aditivo.Palabras clave: Materiales piezoeléctricos, libres de plomo, K 1/2 Na 1/2 NbO 3. ABSTRACTIn this paper the influence of Cu on dielectric and piezoelectric properties of K 1/2 Na 1/2 NbO 3 (KNN) was evaluated. Samples were obtained by solid state reaction doping with CuO (0 to 2 mol%). The obtained samples were characterized by the Archimedes method, X-Ray diffraction, Raman spectroscopy, Scanning Electron Microscopy, polarization curves, piezoelectric constant (d33) and impedance spectroscopy at room temperature. In general, it was observed that doping does not improve dielectric and piezoelectric properties. Small amounts of CuO (0.5 mol%) slightly affected the densification process, while high concentrations increased the porosity of the samples. Also, low concentrations of CuO drastically reduced d33 values, presumably due to the hardening effect of the additive.Keywords: Piezoelectric materials, lead free, K 1/2 Na 1/2 NbO 3 . INTRODUCCIÓNComo alternativas a los materiales piezoeléctricos basados en zirconato-titanato de plomo (Pb(Zr,Ti)O3-PZT), en los últimos años se ha centrado la atención en los cerámicos ferroeléctricos de bismuto con estructuras en capas (BLSF) y en materiales ferroeléctricos con estructura tipo perovskita, libres de plomo [1][2]. En este sentido, la familia de BLSF constituye un sistema de materiales ferroeléctricos importantes para aplicaciones dieléctricas, ferroeléctricas, piezoeléctricas y piroeléctricas, debido a que cerámicos como Bi4Ti3O12 (BIT) y Na0.5Bi4.5Ti4O15 (NBT) exhiben baja constante dieléctrica, alta temperatura de Curie y gran anisotropía en factores de acople K33/K31 comparados con los de PZT [3]. No obstante, debido a la naturaleza anisotrópica del material, el re-direccionamiento de los dipolos espontáneos está limitado a dos dimensiones lo que resulta en bajas propiedades piezoeléctricas [4].Los cerámicos basados en titanato de bario (BaTiO3) son materiales ferroeléctricos que poseen una constante dieléctrica que puede encontrarse entre 1500 a 6000 (1 kHz) y un coeficiente piezoeléctrico d33 de 150 pC/N.