توصيفگر ها :
SrTiO3 , SPS , حلقه پسماند الكتريكي , ثابت ديالكتريك , اتلاف ديالكتريك , ضريب امپدانس , فروالكتريك
چكيده فارسي :
ديالكتريك SrTiO₃ (استرانسيوم تيتانات) بهدليل خواص الكتريكي آن، كاربردهاي گستردهاي در مدارهاي الكترونيكي، ارتباطات ميكروويوي، حسگرهاي مغناطيسي، مبدلهاي انرژي، كاشيهاي فروالكتريك، مواد اپتوالكترونيك، اسيلاتورها، خازنها، فيلترها، رزوناتورها و ... دارد. سراميكهاي با پايه STO، ذاتاً فوايد بسيار زيادي دارند؛ مانند اتلاف كم ديالكتريك، قدرت ديالكتريك بالا و پايداري دمايي - فركانسي بالا. SrTiO₃ يك مادهي ديالكتريك با ε_r (ثابت ديالكتريك) بالا است كه منجر به كاربرد اين مادهي سراميكي در ابرخازنها ميشود. تلاشهاي زيادي در مهندسي خواص ديالكتريكي اين ماده انجام شده اما هنوز براي بالابردن كيفيت آن، راه باز هست. ويژگيهاي SrTiO₃ به چندين عامل مانند خلوص تركيب شيميايي، ساختار بلوري و توزيع بارهاي الكتريكي مربوط ميشود.
در اين پژوهش به ساخت، بررسي و تحليل تاثير تغيير پارامترهاي ساخت در روش ساخت SPS بر خواص ماده پرداخته ميشود. هدف اصلي، يافتن پارامترهاي بهينه روش SPS براي دستيابي به يك ديالكتريك با كيفيت بالاست. كنترل دقيق سرعت گرمايش و سرمايش در فرآيندSPS، دما، مدت زمان نگهداري نمونه در آن دما و فشار اعمالي هنگام پخت، بر نحوه تشكيل و رشددانهها و نيز نقش مهمي در تعيين خواص ديالكتريكي نهايي ماده دارند. تعداد ده نمونهي STO ساخته شد. سپس نمونهها براي اكسيژنگيري در كوره قرار داده شدند. خواص ساختاري به منظور فازيابي، خواص ديالكتريكي (اندازهگيري ثابت ديالكتريك ε_r برحسب دما و فركانس و اتلاف ديالكتريكي (D))، قطبشپذيري الكتريكي (حلقه ي پسماند قطبش برحسب ميدان الكتريكي) ، مقاومت الكتريكي، d33 و ريختشناسي سطح نمونهها به منظور بررسي ساختار ريزدانهها توسط ميكروسكوپ الكتروني (FE-SEM) اندازهگيري شد. XRD نشان ميدهد كه ساختار بلوري لازم تشكيل شده است. ε_r نمونهها در دماي اتاق و نيز برحسب دما، تا دماي oC 900 اندازهگيري شد. ديده شد كه نمونه ساخته شده در دماي oC 1350 و در مدت زمان پخت 10 دقيقه و در فشار اعمالي 30 مگاپاسكال يكي از بهترين نمونهها از نظر خواص ديالكتريكي است. ثابت ديالكتريك و تلفات ديالكتريك اين ماده در فركانس 10 كيلوهرتز، 333 و 00076/0 به دست آمد كه با مقايسه با مقالات متعدد، عدد بسيار خوب و بهتري را نشان ميدهد. نتايج بقيه آناليزها تاييد بر اين مطلب دارند.
چكيده انگليسي :
The dielectric material SrTiO₃ (Strontium Titanate) is widely utilized in electronic circuits, microwave communications, magnetic sensors, energy converters, ferroelectric tiles, optoelectronic materials, oscillators, capacitors, filters, resonators, and more, due to its exceptional electrical properties. STO-based ceramics inherently offer numerous advantages, including low dielectric loss, high dielectric strength, and exceptional thermal-frequency stability. SrTiO₃, with its high dielectric constant (εr), is a promising material for supercapacitor applications. Despite extensive efforts to engineer the dielectric properties of this material, there is still room for further enhancement. The properties of SrTiO₃ are influenced by several factors, such as chemical composition purity, crystal structure, and the distribution of electric charges.
This study focuses on the fabrication, examination, and analysis of the effects of varying synthesis parameters in the Spark Plasma Sintering (SPS) method on the material’s properties. The primary objective is to identify the optimal SPS parameters to achieve high-quality dielectrics. Precise control over the heating and cooling rates, sintering temperature, holding time, and applied pressure during the SPS process plays a critical role in grain formation, growth, and ultimately in determining the final dielectric properties of the material. Ten STO samples were fabricated and subjected to deoxygenation in a furnace. The structural properties were evaluated for phase identification, while the dielectric properties, including the measurement of dielectric constant (εr) with respect to temperature and frequency, and dielectric loss (D), electric polarization (P-E hysteresis loop), electrical resistivity, d₃₃ coefficient, and surface morphology were assessed using FE-SEM.
XRD analysis confirmed the formation of the desired crystalline structure. The dielectric constant (εr) of the samples was measured at room temperature and up to 900°C. It was observed that the sample sintered at 1350°C for 10 minutes under an applied pressure of 30 MPa exhibited the best dielectric properties. The dielectric constant and dielectric loss of this material at 10 kHz were measured as 333 and 0.00076, respectively, which outperformed numerous studies reported in the literature. Results from other analyses supported these findings.