Structure and piezoelectric properties of lead zirconate titanate Ceramics doped with Gd2O3 and CeO2

การศึกษาโครงสร้างและสมบัติเพียโซอิเล็กตริกของเลดเซอร์โคเนตไททาเนตเซรามิกส์ที่มีตัวเติมเป็น Gd2O3 และ CeO2

Name: Patcharee Srimaungsong

LCSH: Piezoelectric ceramics

LCSH: Rietveld method

Abstract: The purpose of this research is to investigate the structure of lead zirconate titanate ceramics (Zr:Ti = 52:48) when doped with Gd2O3 or CeO2 respectively and the corresponding properties such as microstructural properties, physical properties, dielectric constant (
r), piezoelectric properties (kp, Qm, and d33), and the ferroelectric property. The materials were prepared via conventional mixed oxide method and sintered at 1200oC. Rietveld refinement of x-ray diffraction patterns, neutron diffraction patterns, and combination of both patterns revealed the tetragonal structure for all samples to have space group of P4mm. For higher dopant content (10 mol%), the pyrochlore phase of Gd2Zr2O7 and CeO2 also appeared in the respective samples. These pyrochlore phases caused the detriment of dielectric and piezoelectric properties. For those with lower dopant content (1 mol%) , the Gd3+ ion substituted Pb2+ at the A site in the perovskite ABO3 host with donor dopant effects, i.e., a high value of
r, maximum kp, and higher dielectric loss and then entered at the B site at a higher Gd content. On the other hand, Ce4+ ion substituted at the B site with isovalent dopant effects, i.e., a lower value of
r, and kp. The hysteresis loops indicated the ferroelectric property for all samples. The microstructure showed dense grain according to a high density and the additional phases of Gd2Zr2O7 and CeO2 were clearly observed for 10 mol% doping. In addition, the Gd3+ ion inhibited grain growth as its content increased, while the Ce4+ ion did not. The Curie temperature decreased with increasing dopant content, as determined from high temperature x-ray diffraction and differential scanning calorimetry

Abstract: วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้เพื่อติดตามโครงสร้างและสมบัติต่างๆ ได้แก่ โครงสร้างจุลภาค สมบัติทางกายภาพ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ( ) สมบัติเพียโซอิเล็กตริก (k , Q , d ) และสมบัติเฟอโรอิเล็กตริกของเลดเซอร์โคเนตไททาเนตเซรามิกส์ ที่มีสัดส่วนของ (Zr:Ti เป็น 52:48) เมื่อมีตัวเติมเป็น Gd O หรือ CeO ตามลำดับ การเตรียมใช้วิธีผสมผงออกไซด์ และเผาซินเตอร์ที่อุณหภูมิ 1200°C จากการขัดเกลาโครงสร้างด้วยวิธี Rietveld จาก x-ray patterns ที่ได้พบว่าทุกตัวอย่างมีโครงสร้างเป็นเตตระโกนอลและมี space group เป็น P4mn นอกจากนี้ กรณีที่มีตัวเติมในปริมาณสูง เช่น 10 โมล% จะมี pyrocholore phase เกิดขึ้นได้แก่ Gd Zr O และ CeO ในตัวอย่างตามสำดับ ซึ่งเฟสเหล่านี้จะทำให้สมบัติเพียโซอิเล็กตริก และค่าคงที่ไดอิเล็กตริกเลวลง สำหรับตัวอย่างที่มีตัวเติมเป็น 1โมล% พบว่า Gd ไออนเข้าแทนที่ตำแหน่ง A ในโครงสร้างเพอรอฟสไกต์ ABO และแสดงผลของตัวเติมชนิด donor อันได้แก่ ค่า และ k ที่สูงขึ้นและค่าสูญเสียทางไดอิเล็กตริกยังสูงขึ้นอีกด้วย และที่ปริมาณตัวเติม Gd สูงๆ Gd ไออนยังสามารถเข้าที่ตำแหน่ง B ได้ด้วย ในขณะที่ Ce เข้าที่ตำแหน่ง B และแสดงผลของตัวเติมชนิด isovalent เช่นการลดลงของค่า และ k นอกจากนี้ hysteresis loop ยังบอกความเป็นสารเฟอโรอิเล็กตริกของเซรามิกส์ที่เตรียมได้ โครงสร้างจุลภาคแสดงถึงเกรนที่อัดแน่นซึ่งสอดคล้องกับความหนาแน่นที่มีค่าสูง และเฟสที่เพิ่มเติมเข้ามาคือ Gd Zr O และ CeO ยังสามารถสังเกตเห็นได้เมื่อมีปริมาณตัวเติมเป็น 10 โมล% นอกจากนี้ยังพบว่า Gd ไอออนสามารถยับยั้งการเติบโตของเกรนได้ดีเมื่อมีปริมาณ Gd เพิ่มขึ้นในขณะที่ Ce ไอออนไม่เป็นเช่นนั้น อุณหภูมิคูรี พิจารณาจากผลของ HT-XRD และ DSC พบว่ามีค่าลดลงเมื่อมีปริมาณตัวเติมมากขึ้น

Mahidol University

Address: NAKHON PATHOM

Email: liwww@mahidol.ac.th

Name: Laddawan Pdungsap

Role: Thesis Advisors

Created: 2003

Modified: 2553-03-29

Issued: 2010-03-02

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

ISBN: 9740439225

CallNumber: TH P294s 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	4336624.pdf	12.36 MB	42	2019-04-25 13:57:19

ใช้เวลา

0.263084 วินาที