Effects of ZnO on the piezoelectric properties of Pb (Mn1/3 Sb 2/3 )O 3 -Pb(Zr,Ti)O 3 Ceramics

Abstract

INTRODUÇÃO Cerâmicas ferroelétricas transparentes (CFT's) do sistema titanato zirconato de chumbo modificado com lantânio (PLZT) têm tido crescente interesse científico e tecnológico na última década principalmente devido sua potencialidade como hospedeiras para íons luminescentes (laser ativos) e abrirem as portas para uma nova classe de materiais com propriedades luminescentes [1-3]. Em relação a outros sistemas ferroelétricos, cerâmicas de PLZT podem apresentar propriedades otimizadas, tais como: excelentes estabilidades térmica e química, larga janela de transmissão ótica (do visível até 7,5 µm) e alto valor de índice de refração (2,5), as quais facilitam a sua aplicação em sistemas transparentes [4-7]. O sistema PLZT apresenta estrutura perovskita do tipo ABO 3 , tal que para a representação de uma cela unitária cúbica ideal, os íons maiores (Pb 2+ ou La 3+) estão localizados nos vértices (sítios A); os sítios B, localizados no centro, estão ocupados preferencialmente pelos íons de menor tamanho (Zr 4+ ou Ti 4+); e, finalmente, os íons O 2-estão localizados nos centros das faces do cubo [8, 9]. Assim, os sítios A, B e O apresentam número de coordenação 12, 6 e 6, respectivamente. Particularmente no caso do PLZT, o excesso de cargas positivas, originadas devido à substituição heterovalente dos íons Pb 2+ pelos íons La 3+ , é compensada pela criação de vacâncias na rede cristalina que, neste caso, podem estar localizadas nos sítios A e/ou B. Contudo, o tipo e a concentração de vacâncias são influenciados, principalmente, por parâmetros como a razão Zr:Ti, a concentração de La e as condições de processamento do material, como, por exemplo, o controle da volatilização de PbO durante a sinterização [4]. Como comentado acima, as propriedades óticas do sistema PLZT também podem ser ajustadas a partir da adição de dopantes, cujos interesses de aplicação envolvam dispositivos na área de fotônica. Íons da família das terras-raras apresentam características luminescentes interessantes, com emissões na região do visível e infra-vermelho próximo, as quais são um atrativo Efeitos da concentração de Tm 3+ nas propriedades de cerâmicas do sistema (Pb,La)(Zr,Ti)O 3 Resumo As propriedades estruturais, ferroelétricas e dielétricas do sistema cerâmico ferroelétrico (Pb 0,91 La 0,09)(Zr 0,65 Ti 0,35)O 3 , PLZT, dopado com Tm, foram investigadas em função da concentração de dopante adicionada à matriz. Os corpos cerâmicos foram preparados pelo método convencional de síntese de estado sólido. Por meio da análise dos perfis de difração de raios X foi possível identificar a formação da fase cristalina desejada, perovskita, com simetria indistinta da cúbica e uma pequena concentração de uma fase secundária, rica em Tm 3+ e Zr 4+ , para concentrações de dopante ≥ 1.7% em mol. Os valores dos parâmetros de rede mostraram a existência de no mínimo dois processos de incorporação dos dopantes pela matriz de PLZT. Por meio da caracterização das propriedades elétricas, também foi possível observar os efeitos da incorporação de íons Tm 3+ pe...

The Investigation on the Fabrication and Characterization of the Multicomponent Ceramics Based on PZT and the Relaxor PZN-PMnN Ferroelectric Materials

“…This is in good accordance with the microstructure (Figure 4). It is said that formation of the pyrochlore phase may be due to the steric and electrostatic interaction between the high polarization of the Pb 2+ cation and the B-sites cation (Zn +2 , Nb +5 ) [24,27,31].…”

“…We also attempted decreasing sintering temperatures from 1150 to 930°C, which significantly improved the electrical properties of the ceramics. In these ceramics, Li 2 CO 3 is considered as a liquid-phase sintering aid [5,21,24]. The addition of Li 2 CO 3 improved the sinterability of the Bi 0.5 (Na 0.8 K 0.2 ) 0.5 TiO 3 ceramic samples and caused an increase in the density and grain size at a sintering temperature of 1100°C [19].…”

Effects of ZnO on the dielectric, conductive and piezoelectric properties of low-temperature-sintered PMnN-PZT based hard piezoelectric ceramics

“…c/a ratio variation) and material composition dependence, which affects the Curie point and dielectric Tables 2-4 are similar to our reported paper 12 and other related literatures. 15,16 To investigate the frequency dispersion, the dielectric constant as a function of the temperature, at different frequency, for x = 0.1 specimens shown in Fig. 6.…”

“…15 Yoon et al showed that ZnO could increase the piezoelectric voltage output coefficient and piezoelectric charge constant. 16 Rubio-Marcos et al investigated the effect of ZnO on structural evolutions and electrical properties for the lead-free (K,Na,Li)(Nb,Ta,Sb)O 3 system. 17 However, these studies seldom refer to the probability of ZnO dopants entered the A and/or B-site of the perovskite structure, affecting the dielectric relaxation, activation energy, and piezoelectric properties of low-temperature sintered piezoelectric ceramics.…”

Enhanced Dielectric and Ferroelectric Properties of Pb(Mg1/3Nb2/3)0.65Ti0.35O3 Ceramics by ZnO Modification

“…ZnO has been widely used as a sintering aid for dielectric and piezoelectric ceramics. [7][8][9][10] As demonstrated previously, the addition of ZnO could promote the formation of a liquid phase which expedited mass transfer during a sintering process, resulting in an enhancement of density, grain size as well as electrical properties of ceramics. 11,12 Moreover, ZnO was also used as a substituent for both lead-based solid solution ferroelectric ceramics, that is, Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 ) 0.9 Ti 0.1 O 3 , 13 Pb 15 and lead-free ferroelectric ceramics, that is, Bi 0.5 Na 0.5 TiO 3 16,17 and (Na 0.5 K 0.5 )NbO 3 .…”