توصيفگر ها :
سراميك¬هاي پيزوالكتريك , روش¬هاي قطبي سازي , فروالكتريك واهلشي , قطبي سازي جريان متناوب , قطبي سازي جريان مستقيم
چكيده فارسي :
اين پژوهش به بررسي خواص ديالكتريكي و پيزوالكتريك سراميك Sm;71Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-29PbTiO3(Sm;PMN-PT) با روشهاي مختلف قطبي سازي پرداخته ميشود.Sm;PMN-PT از جمله سراميكهاي فروالكتريك واهلشي است كه به دليل ضريب پيزوالكتريك بالا و اتلاف بسيار پايين جايگزين مناسبي براي فروالكتريك كلاسيك PZT است. از آنجايي كه لازمه ايجاد و مشاهده اثر پيزوالكتريك انجام دادن فرايند قطبي سازي است كه اين امر با اعمال ميدان الكتريكي مؤثر است، لذا در اين پژوهش قصد داريم با بهينه كردن پارامترهاي تأثير گذار در فرايند قطبي سازي به بيشينه مشخصه¬هاي پيزوالكتريك و دي¬الكتريك در نمونه Sm;PMN-PTدست يابيم. پس از بررسي ساختاري نمونه توسط الگوي پراش اشعه ايكس (XRD) و اطمينان از تشكيل فاز نمونه، ريخت شناسي نمونه با ميكروسكوپ الكتروني گسيل-ميداني (FE-SEM) انجام شد كه دلالت بر تراكم بالا و عدم تخلخل در نمونه داشت. مقايسه حلقههاي پسماند فروالكتريك در حالت رفع تنش و بدون رفع تنش دلالت بر افزايش قطبش اشباع ميانگين (PS)، قطبش باقي مانده ميانگين (Pr) و كاهش ميدان وادارنده (EC) پس از فرايند رفع تنش دارد كه حاكي از تأثير مثبت فرايند رفع تنش است. بنابراين، فرايند رفع تنش به منزله يك فرايند آماده سازي جهت قطبي سازي روي همه نمونه ها انجام شد. به منظور دست يابي به بيشينه مشخصههاي ديالكتريك و پيزوالكتريك نظير (d33, keff, )، به بهنيهسازي قطبي سازي تحت ميدان الكتريكي مستقيم و ميدان الكتريكي متناوب به طور جداگانه پرداختيم. از آنجايي كه وابسته به نوع ميدان الكتريكي اعمال شده، پارامترهاي مختلفي در فرايند قطبي سازي دخيل مي باشد لذا در اين پژوهش ابتدا به بررسي پارامترهاي مؤثر در قطبي سازي براي ميدان الكتريكي مستقيم نظير؛ مقدار ميدان الكتريكي اعمالي، زمان قطبي سازي و ضخامت نمونه پرداختيم. سپس پارامترهاي مؤثر در قطبي سازي براي ميدان الكتريكي متناوب نظير؛ مقدار ميدان اعمالي، ضخامت نمونه، بسامد، تعداد چرخه و شكل موج بررسي شد. در قطبي سازي DCP، مقادير بهينه در EC4=EP، min5=t و mm3=d باPC/N 20±1043=d33 و2 ±53% =Keff به دست آمد و در قطبي سازي ACP، مقادير بهينه در EC5=EP، Hz3=f، 15=NC، mm3=d و موج مثلثي متقارن با PC/N20±1033= d33 و2 ±53% = Keff به دست آمد. مقايسه نتايج نشان مي¬دهد ميانگين ضريب d33 و Keff براي هر دو ميدان مستقيم و متناوب تقريباً يكسان است با اين تفاوت كه در قطبي سازي ACP نتايج در زمان بسيار كمتري به دست آمده است كه موجب صرفه جويي در زمان و انرژي است. همچنين اندازه¬گيري ثابت دي الكتريك در kHz10=f براي حالت بدون قطبي سازي (27947=Ɛ)، قطبي سازي DCP (32602=Ɛ) و قطبي سازي ACP (37782=Ɛ) دلالت بر افزايش ثابت ديالكتريك در قطبي سازي ACP داشت كه بيانگر هم جهتي حداكثري حوزهها با ميدان الكتريكي اعمالي است.
چكيده انگليسي :
This research focuses on checking the dielectric and piezoelectric properties of Sm-doped 71Pb(Mg₁/₃Nb₂/₃)O₃-29PbTiO₃ (Sm;PMN-PT) ceramics using various polarization methods. Sm;PMN-PT is a relaxor ferroelectric ceramic that serves as a suitable alternative to classical PZT ferroelectrics due to its high piezoelectric coefficient and extremely low losses. Since the piezoelectric effect requires polarization under an effective electric field, this study aims to optimize polarization parameters to maximize the dielectric and piezoelectric characteristics of the samples. Structural analysis via X-ray diffraction (XRD) confirmed phase formation, while field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) revealed high density and negligible porosity. Comparison of ferroelectric hysteresis loops before and after stress relief showed increased average saturation polarization (Pₛ), remnant polarization (Pᵣ), and reduced coercive field (E𝒸), confirming the benefits of stress relief. Consequently, stress relief was adopted as a standard pre-polarization step for all samples. To optimize dielectric and piezoelectric properties (e.g., d33, keff), DCP and ACP parameters were separately investigated. For DCP, key variables included electric field strength, polarization time, and sample thickness. For ACP, variables included electric field, thickness, frequency, cycle count, and waveform. Under DCP, optimal results (d33 = 1043 ±20 pC/N, keff = 53% ±2) were achieved at Eₚ = 4EC, t = 5 min, and d = 3 mm. For ACP, optimal results (d33 = 1033 ±20 pC/N, keff = 53% ±2) were obtained at Eₚ = 5EC, f = 3Hz, Nc = 15 cycles, d = 3 mm, and a symmetric triangular waveform. While d₃₃ and keff values were comparable for both methods, ACP achieved results significantly faster, saving time and energy. Dielectric constant measurements at 10 kHz showed an increase from ε = 27,947 (unpolarized) to ε = 32,602 (DCP) and ε = 37,782 (ACP), with ACP yielding the highest ε. This indicates superior domain alignment with the applied electric field in ACP, highlighting its efficacy for enhancing dielectric performance.
