Kurşunsuz piezoelektrik seramiklerde elektriksel yaşlanma

Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) ve modifikasyonları uzun yıllardır kullanılan ve oldukça iyi elektriksel özelliklerinden dolayı tercih edilen piezoelektrik seramiklerdir. Ancak kuşunun (Pb) zehirleyici etkisinden dolayı PZT üretimi ve kullanımına sınırlamalar getirilmiştir. Bu nedenle kurşunsuz ancak özellikleri PZT ile eşdeger malzemeler arayışına girilmiştir. Bu çalışmada perovskit kristal yapılı kurşunsuz piezoelektrik seramiklerin yüksek saflıktaki oksit tozlardan Bi0.5(Na0.75K0.20Li0.05)0.5TiO3 (BNKLT), 0.948(K0.5Na0.5)NbO3-0.052LiSbO3(KNN-LS) ve %1 mol Cu katkılı KNN-LS-Cu (0.948(K0.5Na0.5)NbO3-0.052LiSbO3+%1 mol Cu) katı hal yöntemiyle üretimi gerçekleştirilmiştir. Bakır ilavesinin KNN esaslı seramiklerde karşılaşılan densifikasyon sorununa sinterleme sırasında sıvı faz oluşumu sayesinde çözüm olabileceği ve buna bağlı olarak fiziksel ve elektriksel özelliklerin geliştirileceği düşünülmüştür. Faz yapısı X-ışınları kırınımı (XRD) yöntemiyle kontrol edilen perovskit yapılı tozlardan soğuk izostatik presleme (CIP) ile disk şekilli numuneler elde edilmiştir. Bileşime göre 1040-1200°C aralığında sinterlenen numunelerin yüzeyi altın (Au) kaplanarak taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile mikroyapı incelemesi yapılmıştır. Yoğunluk ölçümleri Arşimet yöntemiyle yapılan numunelerde elektrotlama işlemini takiben oda sıcaklığında dielektrik özellik ölçümleri LCR-metre ile yapılmıştır. Ayrıca yüksek voltaj güç kaynağı yardımıyla sıcak yağ banyosunda 110°C'ye ısıtılan numuneler 3-5 kV arasında değişen farklı DC gerilim etkisinde kutuplama işleminden geçmiştir. Kutuplama sonrası bir d33-metre yardımıyla piezoelektrik yük sabiti ölçülmüştür. Kutuplama işlemiyle elde edilen üstün özelliklerin kararlı olması da bu malzemelerin uygulamaları için kritik bir önem taşımaktadır. Çünkü kullanılan elektronik parçalarda kararlılık oldukça önemlidir. Piezoelektrik malzemelerde zamanla oda sıcaklığında depolarizasyona bağlı olarak özelliklerde düşme görülmekte ve bu düşüş ısınmaya bağlı sıcaklık artışıyla daha da artmaktadır. Bu bakımdan bu çalışmada üretilen kurşunsuz sistemlerde depolarizasyon ya da ?yaşlanma? davranışı da incelnmiştir. Kutuplanan numunelerin piezoelektrik ve dielektrik özellik ölçümleri (105 saniyeye kadar) belirli zaman aralıklarında yapılmıs bu şekilde zamana bağlı olarak oluşan depolarizasyon davranışı incelenmiştir. KNN esaslı seramiklerde yoğunlaşma problemine rağmen piezoelektrik özellikler (d33) BNKLT'den daha iyidir. Cu katksının KNN-LS bileşimindeki seramiklerde hem dielektrik hem de piezoelektrik özelliklerde önemli ölçüde artış sağladığı görülmüştür. Yaşlanma davranışı bakımından da KNN esaslı seramikler daha iyi bir performans göstermiştir.