ساخت نانوكامپوزيت BNT-BT-ZnO با استفاده از روش تف جوشي دو مرحله اي و بررسي چگالي و خواص الكتريكي آن

Fabrication of BNT-BT-ZnO nano composite with two step sintering method and investigating the density and electrical properties

در ميان مواد پيزوالكتريك، تيتانات بيسموت-سديم (Bi0.5Na0.5TiO3 , BNT) به دليل داشتن دماي كوري بالا و ثابت پيزوالكتريك نسبتاً خوب، جايگزين خوبي براي مواد پيزو الكتريك بر پايه سرب مي باشد. از طرفي افزودن BaTiO3 به Bi0.5Na0.5TiO3 باعث بهبود خواص پيزوالكتريك و رفتار تف جوشي اين تركيب مي شود. علي رغم اين خواص برجسته، قطبش زدايي حرارتي آسان اين محلول هاي جامد مانعي براي كاربردهاي عملي آن ها مي باشد كه با افزودن اكسيد روي اين مشكل تا حد زيادي برطرف شده است. در اين پژوهش تركيب پيزوالكتريك Bi0.5Na0.5TiO3 - 0.6BaTiO3 با استفاده از روش سل-ژل و كلسيناسيون در دماي ͦC۶۰۰ به مدت ۲ ساعت انجام شد. سپس نمونه هاي نانوكامپوزيتي mol ZnO 30%-BNTBT با استفاده از آسياكاري و پرس سرد همه جانبه تهيه شدند. ساختار فازي پروسكايت BNTBT و حضور ZnO در تركيب با استفاده از آناليز پراش اشعه X (XRD) تاييد شد. عمليات تف جوشي اين كامپوزيت طي دو مرحله در دماي اوليه در محدوده ͦC۱۱۰۰-۱۰۵۰ به مدت ۱۵ دقيقه و در دماي نهايي در محدوده ͦC۱۱۷۰-۱۱۴۰ به مدت ۲ ساعت انجام شد. با بررسي نتايج چگالي و خواص الكتريكي نمونه ها، نمونه تف جوشي شده در دماي اوليه ͦC۱۰۵۰ و دماي نهايي ͦC۱۱۴۰ داراي بالاترين چگالي در حدود 98٪ بود. اين نمونه داراي بهترين خواص دي الكتريك ۱۰۷۲=ε و ۰۶/۰=tanδ بود.

Among piezoelectric materials, bismuth-sodium titanate (Bi0.5Na0.5TiO3, BNT) is a good alternative to lead-based piezoelectric materials, due to its high Curie temperature and relatively good piezoelectric constant. On the other hand, adding BaTiO3 to Bi0.5Na0.5TiO3 improves the piezoelectric properties and sintering behavior of this compound. Despite these outstanding properties, the easy thermal depolarization of these solid solutions is a hindrance to their practical applications, which has been largely eliminated by the addition of zinc oxide. In this study, the piezoelectric combination of Bi0.5Na0.5TiO3 - 0.06BaTiO3 was synthesized using sol-gel method and calcination was performed at 600 ֯C for 2 hours. The phase structure of BNTBT perovskite and the presence of ZnO in the composition were confirmed using X-ray diffraction (XRD) analysis., then BNTBT-30 mol% nano ZnO samples were prepared using milling and cold isostatic pressing. The sintering operation of this composite was performed in two stages; in the initial step the samples were heated in the temperature range of 1100-1050 ֯C for 15 minutes and in the second step they were heated in thr temperature in range of 1170-1140 for 2 hours. Our results revealed that the sintering condition of 1050 ֯C, 15 min-1140 ֯C, 2 h reached the highest density of 98% of theoretical density. This sample had the best dielectric properties of ε = 1072 and tanδ = 0.06.