Synthesis and characterizations of KNN ferroelectric ceramics near 50/50 MPB

Kumar, P.; Pattanaik, M.S.; Sonia, .

doi:10.1016/j.ceramint.2012.05.093

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“…The vacancies arise because the crystals were grown in the air and potassium oxide volatilizes at the high temperature, it will lead to the existence of leading vacancies in the grown crystals. Similar phenomenon has been discovered in some other perovskite structure systems, such as Pb(Fe 1/2 Nb 1/2 )O 3 -Pb(Yb 1/2 Nb 1/2 )O 3 -PbTiO 3 single crystals and KNN ceramics [16,17].…”

Section: Dielectric Propertiessupporting

confidence: 84%

“…It is worth noting that real permittivity of KNN-LN single crystals is higher than KNN-LT single crystals at room temperature, but the results is contrast at the temperature of T C . In the high temperature region, the high value of ε r may be attribute to the contributions from space charge polarization, which comes from mobility of ions and imperfections in the material [15,16]. It shows that KNN-LT single crystals' quality is worse than KNN-LN single crystals, the results can also be derived from the dielectric loss spectrum in Figure 3.…”

Section: Dielectric Propertiesmentioning

confidence: 90%

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Preparation and Characterization of Lead-Free (K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3 and (K0.5Na0.5)NbO3-LiTaO3 Ferroelectric Single Crystals

Chu

Tailor

et al. 2014

Crystals

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Lead-free (K 0.5 Na 0.5 )NbO 3 -LiNbO 3 (KNN-LN) and (K 0.5 Na 0.5 )NbO 3 -LiTaO 3 (KNN-LT) ferroelectric single crystals, with the dimensions of 11  11  5 mm 3 and 5  5  3 mm 3 , were grown successfully using the top-seeded solution growth (TSSG) method, respectively. The crystal structures were analyzed by means of X-ray diffraction, showing orthorhombic symmetry for KNN-LN single crystals and coexistence of orthorhombic and tetragonal symmetry for KNN-LT single crystals at room temperature. The orthorhombic-tetragonal (T O-T ) and tetragonal-cubic (T C ) phase transition temperatures are 195 °C and 420 °C for the KNN-LN single crystals, and 130 °C and 280 °C for KNN-LT single crystals, respectively. The remnant polarization (P r ) is 27.8 μC/cm 2 with a coercive field (E c ) of 17 kV/cm for KNN-LT single crystals. The two single crystals showed 90° domains with layers in (parallel) straight lines, while KNN-LT single crystals have a larger domain region. The actual stoichiometry deviates easily from the original composition in the process of crystal growth, thus, an appropriate nominal composition and optimized crystal growth method is desired to get high-quality crystals in the future.

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Section: Dielectric Propertiessupporting

confidence: 84%

Section: Dielectric Propertiesmentioning

confidence: 90%

Preparation and Characterization of Lead-Free (K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3 and (K0.5Na0.5)NbO3-LiTaO3 Ferroelectric Single Crystals

Chu

Tailor

et al. 2014

Crystals

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“…Las curvas 10 (a y b) con concentraciones de dopante de 0.05 % y 0.1 % presentan una transición de fase a ∼275 ºC. El KNN puro experimenta dos transiciones de fase por encima de la temperatura ambiente; la primera transición, de ortorrómbica a tetragonal (T O-T ), ocurre a ∼200 ºC; la segunda, de tetragonal a cúbica (T T-C ), se presenta a ∼420 C (T C ) [33]. Algunos autores han reportado que la adición de dopantes al KNN genera una modificación en el valor de T O-T a valores cercanos a la temperatura ambiente y de T C a ∼315 ºC [34,35,36]; se ha encontrado que el dopaje puede disminuir T C hasta ∼270 ºC [37].…”

Section: Resultados Y Discusiónunclassified

Efecto del BiFeO3 en las propiedades del sistema ferroeléctrico libre de plomo K0.5Na0.5NbO3

Pinza¹,

Jurado²,

Raigoza³

2014

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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INTRODUCCIÓNUno de los enfoques prometedores para crear nuevos materiales es la combinación de diferentes propiedades físicas en un material para aumentar su funcionalidad. El acoplamiento entre los parámetros de orden magnético y ferroeléctrico puede conducir a efectos magnetoeléctricos, en los que la magnetización puede ser modificada por la aplicación de un campo eléctrico y viceversa. A la fecha han sido identificados relativamente pocos materiales multiferroicos, y en los que se conocen, el mecanismo que subyace a su ferroelectricidad es a menudo poco convencional [1]. El niobato de potasio y sodio, K 0.5 Na 0.5 NbO 3 (KNN), se ha considerado un buen candidato para la fabricación de cerámicas ferroeléctricas libres de plomo debido a su buena respuesta piezoeléctrica y la relativamente alta temperatura de Curie ~420 ºC [2]. Sin embargo, es muy difícil sinterizar cerámicas piezoeléctricas basadas en KNN debido a la volatilidad del Na y del K y a su alta reactividad con la humedad. Por otro lado el BiFeO 3 es un compuesto multiferroico muy utilizado recientemente debido a que sus temperaturas de transición eléctrica y magnética, están encima de la temperatura ambiente (T C ∼ 820-850 ºC, T N = 370 ºC) siendo un óptimo candidato para el desarrollo de aplicaciones. Uno de los grandes problemas con este compuesto es la presencia de impurezas que aumentan la conductividad eléctrica, enmascarando el fenómeno de la ferroelectricidad [3]. Por otro lado, el BiFeO 3 (BFO) se ha usado como dopante del KNN para formar contorno de fase morfotrópico (CFM) romboédrico-ortorrómbico [4]. Sin embargo, la solubilidad del BFO en KNN es pequeña, lo que se atribuye a la gran diferencia estructural entre ambos materiales (BFO romboédrico y KNN ortorrómbico); para aumentar la solubilidad del BFO en el KNN puede ser útil la sustitución del sitio A por lantano ya que puede desviar su estructura de romboédrica a tetragonal/ortorrómbica a temperatura ambiente, por ejemplo, la estructura del sistema (Bi 0.8 La 0.2 )FeO 3 (BLFO) es tetragonal [4]. La obtención de cerámicas densas basadas en KNN depende fuertemente de las características del polvo de partida, por esto deben utilizarse métodos de síntesis que garanticen el control estequiométrico, disminución de la temperatura de síntesis y sinterización, la reproducibilidad, etc. El método de reacción por combustión se destaca como un importante y moderno procedimiento para la síntesis instantánea de óxidos cerámicos multicomponentes, En la búsqueda de un material multiferroico, se prepararon polvos y piezas cerámicas del sistema ferroeléctrico libre de plomo (1-x)K 0.5 Na 0.5 NbO 3 -x(Bi 0.8 La 0.2 )FeO 3 (KNN-BLFO) (x=0.005, 0.010, 0.015, 0.020, 0.025), mediante el método de reacción por combustión. Para todas las estequiometrias estudiadas se obtuvo la fase perovskita característica del KNN. Con las diferentes caracterizaciones se determinó que el BLFO se incorpora en la estructura cristalina del KNN modificándola sin que se presente una transición de fase. Se comprobó además que la adic...

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“…The decrease of remnant polarization is probably due to phase transition from orthorhombic to tetragonal caused by the addition of Li. The phase transition can lead to the symmetry increase and eliminates spontaneous polarization of ceramics, 21 thus affect the remnant polarization of KNLNTS.…”

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

“…9 When Na/K ratio is near 0.5/0.5, KNN system possesses a PPT similar to that of PZT system. 21 It is believed that this PPT separates the orthorhombic state from the tetragonal state, and the existence of these equivalent phases will enhanced piezoelectric and dielectric properties, 19 which is reported to be originated from the simultaneous substitutions in the A site and the B site and the co-existence of mixed structures. 11 When Li ions are doped in A site and Sb ions or Ta ions are doped in B site, the lattice parameter will be changed.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Investigation on transition behavior and electrical properties of (K0.5Na0.5)1-xLixNb0.84Ta0.1Sb0.06O3 around polymorphic phase transition region

et al. 2014

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(K0.5Na0.5)1-xLixNb0.84Ta0.1Sb0.06O3 (KNLNTS) lead free ceramics with different Li concentration were fabricated by conventional solid-state reaction method. By increasing Li ions in KNLNTS, the grains grow up and the crystal structure changes from orthorhombic to tetragonal. When 0.03 ≤ x ≤ 0.05, the ceramics structure lays in PPT region. Polarization versus electric field (P-E) hysteresis loops at room temperature show good ferroelectric properties and the remnant polarization decreases by increasing Li content while coercive electric keeps almost unchanged. In PPT region, taking x = 0.04 as an example, the sample shows excellent dielectric properties: the dielectric constant is 1159 and loss tangent is 0.04, while the piezoelectric constant d33 is 245 pC/N and kp is 0.44 at room temperature, it is promising for (K0.5Na0.5)1-xLixNb0.84Ta0.1Sb0.06O3 with 4 at. % Li to substitute PZT.

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Synthesis and characterizations of KNN ferroelectric ceramics near 50/50 MPB

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References 19 publications

Preparation and Characterization of Lead-Free (K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3 and (K0.5Na0.5)NbO3-LiTaO3 Ferroelectric Single Crystals

Preparation and Characterization of Lead-Free (K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3 and (K0.5Na0.5)NbO3-LiTaO3 Ferroelectric Single Crystals

Efecto del BiFeO<sub>3</sub> en las propiedades del sistema ferroeléctrico libre de plomo K<sub>0.5</sub>Na<sub>0.5</sub>NbO<sub>3</sub>

Investigation on transition behavior and electrical properties of (K0.5Na0.5)1-xLixNb0.84Ta0.1Sb0.06O3 around polymorphic phase transition region

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