Page name: ARRSProjekti / 2021 / Povečan piezoelektrični odziv relaksorske feroelektrične keramike s strukturnim neredom

Povečan piezoelektrični odziv relaksorske feroelektrične keramike s strukturnim neredom

Nazaj na seznam za leto 2021


Oznaka in naziv projekta

J2-3042 Povečan piezoelektrični odziv relaksorske feroelektrične keramike s strukturnim neredom
J2-3042 Enhanced piezoelectricity via structural disorder in polycrystalline relaxor ferroelectrics

Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev

© Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije

Projektna skupina

Vodja projekta: Tadej Rojac, Odsek za elektronsko keramiko K-5 (IJS)

Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS

Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS

Vsebinski opis projekta

Relaksorski feroelektriki, kot je trdna raztopina Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), so v svojih vrstah najzmogljivejši večfunkcijski oksidni materiali. A vendarle je njihova narava izredno zapletena. Bilo je leta 1959, ko je Smolenskii, navkljub selitvi svojega laboratorija v nekdanji Sovjetski zvezi, končno uspel sintetizirati PMN. Takrat so se začele študije o relaksorjih na osnovi svinca. Kot del sovjetskega programa, je bila takrat tudi Luna 1 izstreljena, s čimer je postala prvo vesoljsko plovilo, ki je kdaj koli prišlo v bližino Zemljine lune. Od takrat je minilo že več kot 60 let in navkljub intenzivnim študijam še vedno nimamo celovitega odgovora o tem, kako in zakaj svinčevi relaksorski feroelektriki dosegajo izjemno visoke piezoelektrični odzive, čeprav so ravno zaradi teh odzivov izjemno koristni v široki paleti aplikacij, kot so aktuatorji, senzorji in ultrazvočni pretvorniki. To velja tudi za nedavno odkritje izjemno visoke piezoelektričnosti keramike PMN-PT, dopirane s samarijem (donorskim dopantom), za katero so predlagali, da je lokalni strukturni nered zaradi vgradnje dopanta tisti, ki je odgovoren za povečanje odziva. Presenetljivo je dejstvo, da tudi če se vse te mehanizme razložimo, jih ni mogoče neposredno uporabiti, saj so svinčevi perovskiti nezaželeni zaradi strupenega svinca. Torej, narediti moramo dva koraka: prvič, razkriti moramo kompleksne mehanizme, ki so odgovorni za visok piezoelektrični odziv materialov na osnovi PMN-PT in, drugič, uporabiti moramo koncept strukturnega nereda za povečanje piezoelektrične učinkovitosti obetavne in okolju prijazne relaksorske piezokeramike brez svinca, kot je BiFeO3-BaTiO3 (BF-BT). Predlagani raziskovalni projekt je namenjen ravno temu prehodu. Če bo v celoti uspešen, bi moral zagotoviti nove načine za kontrolo večfunkcijskih lastnosti relaksorskih feroelektrikov brez svinca. Naša raziskovalna skupnost do danes tega še ni uspela doseči.

Glavni cilji projekta so: (i) zagotoviti razumevanje zapletenih medsebojnih povezav med nanopolarnostjo, domensko strukturo, dinamiko domenskih sten in nabitimi točkastimi defekti v sestavah PMN-PT in BF-BT, (ii) razumeti posledice teh mehanizmov na makroskopski odziv in (iii) ugotoviti ključne strukturne razlike na piko, nano in mikro nivoju med sistemoma. Končni ambiciozen cilj je uporaba znanja, pridobljenega na PMN-PT, na polikristaliničnih materialih s podobno relaksorsko naravo kot PMN-PT. To bomo dosegli s kontrolo defektov v BF-BT sistemu in uvedbo t.i. »statičnega« nereda, ki bo omogočal prenos konceptov iz svinčevih na nesvinčene relaksorske feroelektrike.

Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani SICRIS.

Faze projekta in opis njihove realizacije

1. Sinteza keramike in strukturna karakterizacija

2. Analiza električne prevodnosti in nelinearnih elektromehanskih odzivov

3. Karakterizacija na nanoskopskem in atomskem nivoju

Rezultate posameznih faz se bo vpisovalo na letni osnovi.

Bibliografske reference

Članke in ostale bibliografske enote vezane na projekt se bo pregledalo in vpisovalo na letni osnovi.


Nazaj na seznam za leto 2021