Electromechanical properties in NBT-based ferroelectric solid solutions

Maģistra darbā pētītas tīra Na0.5Bi0.5TiO3 (NBT) un uz tā bāzes veidotu cieto šķīdumu dielektriskās un elektromehāniskās īpašības. Pirmkārt, tika raksturots NBT nepolarizētā stāvoklī un novērtēta tā deformācija un polarizācija atkarībā no pieliktā elektriskā lauka intensitātes. Iegūts NBT elektrostrikcijas koeficients un noskaidrots, ka polarizācijas P(E) cilpas arī zem koercitīvā lauka Ec veido histerēzi. Otrkārt, tika apskatītas cieto šķīdumu ar formulu (1-x)(0.8Na0.5Bi0.5TiO3-0.2BaTiO3)-xABO3 īpašības kā potenciāli kandidāti aktuatoru ar augstu deformāciju pielietojumam istabas temperatūrā. No eksperimentāli iegūtajiem datiem noteikta paraugu bipolārā un unipolārā deformācija, kā arī maksimālā un paliekošā polarizācija atkarībā no temperatūras un elektriskā lauka. Iegūtie rezultāti liecina, ka paraugiem nepolārā fāzē, īpaši depolarizācijas temperatūras rajonā, ir augstāka unipolārā deformācija, pateicoties ar elektrisko lauku inducētai fāzu pārejai. Noskaidrots, kā mainās sastāva depolarizācijas temperatūra atkarībā no dažādu ABO3 tipa perovskīta koncentrācijas paraugā. Treškārt, tika pētītas uz NBT bāzes veidotas keramikas, kurām pievienots Mn kā kandidāti sensoros augstas jaudas rezonanses darbības režīmā. Tika izmērīts paraugu pjezoelektriskais koeficients d33 un mehāniskā labuma faktors Qm, kā arī polarizācijas atkarība no elektriskā lauka. Rezultāti apstiprina pieņēmumu, ka cieto šķīdumu veidošana ar Mn ievērojami uzlabo mehāniskā labuma faktoru Qm, kā arī augsta Qm vērtība raksturojas ar lielāku koercitīvā lauka Ec vērtību.In the master’s thesis, pure Na0.5Bi0.5TiO3 (NBT) and NBT-based solid solution dielectric and electromechanical properties were studied. Firstly, pure NBT was characterized in an unpoled state, describing the relationship between strain, polarization, and the applied electric field intensity. The electrostriction coefficient of NBT was determined and P(E) hysteresis even below coercive field Ec was observed. Secondly, solid solutions with formula (1-x)(0.8Na0.5Bi0.5TiO3-0.2BaTiO3)-xABO3 were characterized as potential candidates for actuator application with high field-induced strain at room temperature. From experimental data, bipolar and unipolar strain as well as maximal and remnant polarization was determined as a function of temperature and electric field intensity. The results show that samples in a nonpolar phase especially at the depolarization temperature range exhibit higher unipolar strain because of electric field-induced phase transition. The concentration contribution of different ABO3 perovskite-type materials on the depolarization temperature of the solid solution was analyzed. Thirdly, NBT based ceramics with Mn added were researched as candidates for high power sensor application. Piezoelectric coefficient d33 and quality factor Qm together with polarization dependence on the electric field were measured. The results show that solid solutions with Mn significantly improve quality factor Qm and that a higher coercive field Ec corresponds with higher Qm