Çevre dostu kurşunsuz piezoelektrik seramiklerin üretimi ve kullanım güvenilirliğinin karakterizasyon

Piezoelektrik etki 19. yüzyılın sonlarında belirli kristallerde keşfedilmiştir. Ancak, bu etkinin yaygın kullanımı 20. yüzyılın 2. yarısında PZT seramiklerinin veya Pb(Zi,Ti)O3'ün keşfedilmesi ile başladı. Özelikle 20. yüzyılın son çeyreğinde PZT seramikler yüksek performans ve özellikler için çeşitli gelişmiş teknolojik uygulamalarda kullanılmıştır. Ancak çevresel kaygıların artışı ve insan sağlığı üzerindeki bilinçlenme ile, çeşitli ülkelerde kurşunun kullanımıyla ilgili yeni sınırlamalar ve düzenlemeler getirilmeye başlanmıştır. Kurşun, çevre ve sağlık problemlerine yol açan zehirli bir elementtir. Bu yüzden hem PZT'nin üstün özelliklerini gösterebilen hem de kurşun içermeyen yeni piezoelektrik sistemlerin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmuştur. Son yıllarda yapılan ileri düzeydeki malzeme araştırmaları hem kurşun miktarının bileşimde azaltılması hem de uzun vadede tamamen elimine edilmesine odaklanılmıştır.Bu amaçla pek çok yeni sistem geliştirilmiştir. Ancak bu sistemlerde önemli bir problem malzemelerin piezo/ferro elektrik özellik ve performanslarının PZT'ye kıyasla düşük olmasıdır. Bunun temel nedenleri sinterleme sürecinde istenen gözeneksiz yapının elde edilmesindeki zorluk ve PZT'de özellikleri artıran morfotropik faz bileşiminin sağlanmayışıdır. En son çalışmalarda, hedeflenen piezoelektrik özelliklerin elde edilemeyişi sorunlarının morfotropik faz alanına sahip sistemlerin seçimiyle PZT'ye benzerlik sağlanarak ve sinterlenme davranışını geliştirmek amacıyla bazı alkali element oksitlerinin katkısıyla çözümü hedeflemiş ve önemli başarılar sağlanmıştır. Bu çalışmada temel olarak literatürde verilen kurşunsuz piezoelektrik kompozisyonlardan Bi0.5Na0.5TiO3(BNT) ve K0.5Na0.5NbO3(KNN) tabanlı sistemler baz alınarak çeşitli katkılarla modifiye edilmek suretiyle yüksek saflıktaki oksit tozlardan üretimi gerçekleştirilmiş ve üstün fiziksel ve elektriksel özelliklerin elde edilmesi amaçlanmıştır. Elde edilen sonuçlar PZT'ye alternatif olabilecek kompozisyonların mümkün olduğunu ve ayrıca mevcut özelliklerin daha da geliştirilme potansiyeline sahip olduğunu ortaya koymuştur.