Effect of Sm3+, Pr3+ and Eu3+ doping on the piezoelectricity of lead zirconate titanate ceramics

การศึกษาผลของการเติมธาตุ Sm3+, Pr3+ และ Eu3+ ต่อสมบัติเพียโซอิเล็กตริกของเลดเซอร์โคเนตไททาเนตเซรามิกส์

Name: Khanitha Wanchai

keyword: Lead zirconate titanate

LCSH: Lead

LCSH: Piezoelectricity

LCSH: Rare earths

Abstract: งานวิจัยนี้ต้องการศึกษาผลของการเติม Sm3+, Pr3+ และ Eu3+ ที่ความเข้มข้น (0-2 mol %) ต่อสมบัติทางกายภาพและ ทางเพียโซอิเล็กตริกของเลดเซอโคเนตไททาเนตเซรามิกส์ (PZT) ที่อัตราส่วน Zr:Ti (52:48) ที่เตรียมด้วยวิธีผสมผงออกไซด์โดยเผาแคงไซน์และเผาซินเตอร์ที่อุณหภูมิ 800 C° 2 ชั่วโมง และ 1200 C° 1 ชั่วโมง ตามลำดับ ศึกษาสมบัติทางกายภาพ อาทิเช่น การกระจายตัวของขนาดอนุภาคหลังการเผาแคลไซน์, โครงสร้างผลึก, โครงสร้างจุลภาค, องค์ประกอบหลักของเซรามิกส์ที่เตรียมได้, ความหนาแน่นนอกจากนั้นยังศึกษาสมบัติทางไฟฟ้าและทางเพียโซ และอุณหภูมิคูรี จากผลการวิจัย พบว่า ขนาดของอนุภาคหลังการเผาแคลไซน์ทั้งที่ไม่มีตัวเติมและมีตัวเติม มีขนาดของอนุภาคโดยเฉลี่ยอยู่ในช่วง 1.47 - 2.36 ไมโครเมตร และมีแนวโน้มที่จะลดลงเมื่อปริมาณตัวเติมเพิ่มขึ้น สำหรับลักษณะผิวหน้าของชิ้นงานที่ได้มีลักษณะอัดแน่น เป็นเนื้อเดียวกัน มีรูพรุนน้อย และมีขนาดของเกรนลดลงเมื่อปริมาณตัวเติมเพิ่มมากขึ้นขนาดของเกรนอยู่ในช่วง 1.06 - 4.93 ไมโครเมตร และเมื่อวิเคราะห์องค์ประกอบหลักของชิ้นงานพบว่า มีอัตราส่วน Zr:Ti ใกล้เคียง 52/48 และธาตุที่เป็นตัวเติมไม่สามารถวิเคราะห์ได้ ความหนาแน่นของเม็ดเซรามิกส์ที่ได้ส่วนใหญ่ มีค่ามากกว่า ร้อยละ 95 เมื่อเทียบกับค่าทางทฤษฎี สำหรับโครงสร้างผลึกของชิ้นงานที่เตรียมได้มีโครงสร้างเป็นเตตระโกนอล และยังมีแนวโน้มลดลงตามปริมาณของตัวเติมที่เพิ่มขึ้น สมบัติทางไฟฟ้าและทางเพียโซของ PZT ที่ไม่มีตัวเติมและมีตัวเติม พบว่า PZT ที่มีตัวเติมมีแนวโน้มที่ให้ค่า (…), k(p) และ d(33) สูงกว่า PZT ที่ไม่มีตัวเติม ส่วนค่า Q(m) ในกรณีที่มีตัวเติมมีค่าน้อยกว่าที่ไม่มีตัวเติม และยังพบว่า Q(m)มีแนวโน้มลดลงเมื่อเพิ่มปริมาณตัวเติม และได้ผลเช่นเดียวกันกับ d(,33) สำหรับค่า P(r), P(s) และ E(c) ที่ได้จากการวัด Electric-hysteresis loop ของ PZT ที่ไม่มีการเติมตัวเติมและที่มีการเติมตัวเติม ที่ความเข้มข้น 0.05 mol % พบว่า PZTที่มีตัวเติมดังกล่าวให้ค่า P(r), P(s) และ E(c) มากกว่า PZT ที่ไม่มีตัวเติมสำหรับอุณหภูมิคูรีของ PZT ที่ไม่มีการเติมตัวเติม และที่มีการเติมตัวเติมที่ความเข้มข้น 0.05 mol % พบว่าอุณหภูมิคูรีของ PZT ที่มีตัวเติมมีค่าสูงกว่าของ PZT ที่ไม่มีตัวเติม PZT ที่มีตัวเติมเป็น Pr3+ แสดงค่าอุณหภูมิคูรีสูงสุดที่ 336.6 C°.

Abstract: The purpose of this work is to study the effect of doping Sm3+, Pr3+ or Eu3+ up to 2 mol % into lead zirconate titanate ceramics (PZT, 52/48) which were prepared by conventional mixed oxide method. The mixed powders were calcined and sintered at 800 C for 2 h and 1200 C for 1 h, respectively. The crystal structure and some physical properties such as particle size distribution, microstructure, density of the products were investigated, as well as their electrical and piezoelectric properties of all the PZT ceramics (εr , kp, Qm, d33 , P-E hysteresis) and Curie temperature. The results showed that the average particle sizes of the calcined products were in the range 1.47 – 2.36 μm and tend to decrease with increasing dopant content. The morphologies of all sintered products showed homogeneous, dense grain and low porosity. The average grain sizes were in the range 1.06 – 4.93 μm, and also decreased with increasing dopant content. Analysis of composition in the ceramics via SEM/EDX revealed that the Zr/Ti ratio was close to the expected value (52/48) but a small amount of dopant could not be detected, due to the sensitivity of the technique. The density of ceramics was higher than 95 % of the theoretical density in most cases. The sintered products exhibited a tetragonal phase and the tetragonality tended to decrease as the amount of dopant was increased. The εr , kp and d33 values of the doped PZT were higher than PZT undoped. On the other hand, the Qm of the doped PZT was smaller than PZT undoped. Furthermore, Qm and d33 tended to decrease with increasing dopant. The Pr, Ps and Ec values of doped PZT were higher than undoped PZT. The PZT doped with 0.05 mol % Pr3+ showed highest Tc (336.6 C).

Mahidol University

Address: NAKHON PATHOM

Email: liwww@mahidol.ac.th

Name: Laddawan Pdungsap

Role: Thesis Advisors

Created: 2003

Modified: 2020-04-19

Issued: 2009-12-08

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

ISBN: 9740436358

CallNumber: TH K45e 2003

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's Degree

Descipline: Applied Analytical and Inorganic Chemistry

Grantor: Mahidol University

©copyrights Mahidol University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	4336618.pdf	6.1 MB	28	2026-05-26 18:16:01

ใช้เวลา

0.316192 วินาที