Addition de MnO2 sur la préparation dePropriétés thermiques des films épais tétragonaux (Bi,Na)TiO3 -BaTiO3 sur des substrats céramiques MgO

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En raison des préoccupations environnementales, il est nécessaire de développer des matériaux piézoélectriques sans plomb dont les performances sont comparables à celles des matériaux piézoélectriques à base de plomb (PZT et matériaux apparentés). Les matériaux à base de plomb ont été utilisés dans de nombreuses applications telles que les actionneurs et les capteurs. Les alternatives possibles aux matériaux à base de Pb sont (Bi,Na)TiO3, 4-11) (K,Na)NbO3, 12-15) et BaTiO3 16-18) et leurs solutions solides. Parmi eux, (1-x)(Bi,Na)TiO3-xBaTiO3 (BNT-100xBT) et les matériaux apparentés ont fait l'objet d'études approfondies en raison de leurs excellentes propriétés électriques. Les céramiques BNT-100xBT dans la région MPB (0,06 ⩽ x ⩽ 0,08), même si la Td dans la région MPB est relativement faible (110 °C-140 °C). Bien que les Td pour x < 0,05 (R3c rhombique, ∼150 °C) et 0,09 < x (P4mm tétragonale, ∼160 °C) soient plus élevés que ceux de la région MBP, les Td dans les applications pratiques restent très faibles. Pour résoudre ce problème dans les céramiques à base de BNT, la distorsion du réseau due à la trempe a été signalée comme augmentant le Td.

Les dispositifs électroniques sont fabriqués à l'aide de diverses techniques de préparation de couches minces, telles que le revêtement par centrifugation et la pulvérisation. Parmi ces techniques, la sérigraphie est souvent choisie pour la fabrication de films épais en raison de sa facilité de mise en forme et de sa production rentable en grande quantité. Nous avons donc préparé des films épais BNT-100xBT (x = 0,03, 0,05, 0,07, 0,09 et 0,17) sans plomb en utilisant la sérigraphie. Dans cette étude, nous avons constaté que les contraintes de compression résiduelles entraînaient le Td des films épais BNT-100xBT, conduisant à un Td plus élevé dans les films épais sur les substrats MgO que dans ceux sur les substrats céramiques en vrac ou YSZ ou Al2O3.La composition des films épais BNT-100xBT était proche de celle du MPB (0,05 La composition des films épais BNT-100xBT était proche de celle du MPB (0,05 ⩽ x ⩽ 0,07) et présente un Pr important de ~16 μC cm-2 à température ambiante, tandis que l'augmentation de Td est limitée car l'expansion thermique du BNT-100xBT (0,05 ⩽ x ⩽ 0,07) est proche de celle du substrat de MgO. L'augmentation du Td (>100 °C) est plus importante pour la composition x = 0,17 que pour les films plus épais proches de la composition MPB (30 °C-70 °C) en raison de la grande différence de leur expansion thermique. Cependant, le Pr des films épais BNT-17BT à température ambiante est relativement faible à 10 μC cm-2 . Il est donc nécessaire d'améliorer les propriétés électriques des films épais à température ambiante avec un Td élevé. L'ajout de Mn améliore les propriétés électriques du BNT-100xBT et de ses matériaux apparentés. Toutefois, l'effet de l'ajout de Mn aux films épais de BNT-100xBT n'a pas été démontré. En outre, l'augmentation du Td des films épais de BNT-100xBT causée par des contraintes de compression résiduelles autour de x = 0,17 et 0,17 < x est encore inconnue.

Cette étude a également examiné l'effet de l'ajout de MnO2 dans les films épais de BNT-100xBT allant de la température ambiante à la température élevée et la dépendance de la température des films épais de BNT-100xBT (0,14 ⩽ x ⩽ 0,40) afin de développer des films épais de BNT-100xBT sans plomb avec de bonnes propriétés électriques.

 

Applications

Dans cet article, la dépendance de la température des films épais (1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xBaTiO3 (BNT-100xBT, 0.14 ⩽ x ⩽ 0.40) avec des additifs MnO2 a été étudiée. L'ajout de 0,2 wt% MnO2 au film épais a augmenté la polarisation résiduelle (Pr) et amélioré sa stabilité à la température, les valeurs Pr du film épais étant comparables à celles d'un film épais avec une composition de limite de phase modifiée (MPB), et les températures de dépolarisation (Tds) plus élevées que celles des céramiques en vrac, la Td la plus élevée observée dans le film épais BNT-20BT avec MnO2 étant d'environ 300 °C. Pour comprendre la variation de la Td avec la composition x, il est important de noter que la dépendance en température de la Td par rapport à la composition de MnO2 n'entre pas en ligne de compte. Pour comprendre la variation du Td en fonction de la composition x, nous avons examiné l'expansion thermique du BNT-100xBT. 2021 Société japonaise de physique appliquée

L'image 12 montre la phase cristalline de l'échantillon caractérisée par diffraction des rayons X (XRD) en utilisant le rayonnement Cu-Kα (Rigaku Corporation Smart Lab). Les courbes d'expansion thermique des céramiques en vrac ont été mesurées de 60 °C à 1000 °C pendant le chauffage à l'aide d'une analyse thermomécanique (TMA ; SII EXSTAR6000). La dépendance de la température de la constante diélectrique et de tanδ a été mesurée à l'aide d'un analyseur d'impédance pendant le chauffage à 100 kHz. Les boucles d'hystérésis P-E ont été mesurées en appliquant une forme d'onde triangulaire bipolaire à 100 Hz à l'aide d'un système de test ferroélectrique (TOYO Corporation FCE10-S). Les boucles d'hystérésis P-E ont été moyennées sur les cycles 2, 3 et 4 des mesures cycliques.

 

source (d'information, etc.)

Auteurs : Yuichi Sakai1 et Tomoaki Karaki

Institution : Toyama Industrial Technology Research and Development Center, Toyama 9300866, Japon 2 Département d'ingénierie électrique et électronique, Faculté d'ingénierie, Université préfectorale de Toyama, Imizu, Toyama 9390398, Japon Faculté d'ingénierie, Université préfectorale de Toyama, Imizu, Toyama 9390398, Japon

Publié : Reçu le 1er juin 2021 ; révisé le 4 juillet 2021 ; accepté le 7 juillet 2021 ; publié en ligne le 22 juillet 2021.

Mots clés : poudre, matériaux piézoélectriques sans plomb, haute température, céramiques

Journal : Journal japonais de physique appliquée

Site web de la source de l'article :Effet de l'addition de MnO2 sur les propriétés en fonction de la température des films épais tétragonaux (Bi,Na)TiO3-BaTiO3 préparés sur des substrats céramiques MgO céramique de MgO

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