Właściwości dielektryczne i przemiany fazowe tytanianu sodowo-bizmutowego Na0.5Bi0.5TiO3 i roztworów stałych na jego bazie

Abstract

Przedstawiona praca stanowi podsumowanie pewnego etapu badań autora nad otrzymywaniem oraz charakterystyką bezołowiowych materiałów o właściwościach piezoelektrycznych, piroelektrycznych i elektrostrykcyjnych. Zasadniczym celem prowadzonych badań było, po pierwsze, otrzymanie perowskitów tlenkowych na bazie NBT oraz analiza ich właściwości strukturalnych, dielektrycznych. piezoelektrycznych, piroelektrycznych i cieplnych. Po drugie, istotą pracy było określenie wpływu modyfikacji składu chemicznego na podstawowe właściwości NBT i stwierdzenie, które z tych modyfikacji stwarzają lepsze perspektywy aplikacyjne. W głównych zastosowaniach takich jak piezoelement czy aktuator, materiały ferroelektryczne są poddawane równoczesnemu działaniu pola elektrycznego i mechanicznego. Dlatego przeprowadzono także analizę właściwości badanych materiałów w funkcji zewnętrznego pola elektrycznego i nacisku osiowego. Oprócz opisanych wyżej celów aplikacyjnych przeprowadzone badania pozwoliły lepiej zrozumieć zjawiska obserwowane w tych materiałach. Najważniejsze z nich to występowanie rozmytych przemian fazowych oraz pojawianie się fazy ferroelektrycznej o cechach relaksora. Większość wyników badań prezentowanych w niniejszej rozprawie została opublikowana w czasopismach o zasięgu światowym.

The monocrystals and ceramics of bismuth-sodium titanate Na0.5Bi0.5TiO3 and solid solutions on its base have been obtained with BaTiO3, SrTiO3, K0.5Bi0.5TiO3 and PbTiO3. Most of these materials do not contain lead, so they are environment friendly. They were put to the experimental research (structural, dielectric, piezoelectric, piroelectric). The low temperature behaviour of Na0.5Bi0.5TiO3 is similar to this observed for glass-like materials, what is characteristic for materials revealing structural disorder. It has been shown that this behaviour is a feature of material and does not depend on its degree of purity. It has been shown that formation of solid solutions on the base of Na0.5Bi0.5TiO3 induces the ferroelectric phase with relaxor features, what finds its best expression in Na0.5Bi0.5TiO3 - BaTiO3 and Na0.5Bi0.5TiO3 - SrTiO3 solid solutions. The domain structure of Na0.5Bi0.5TiO3 and Na0.5Bi0.5TiO3 - BaTiO3 can be formed using the axial pressure what enables the control of regulation of their properties. It has been shown that the best prospect of application reveales Na0.5Bi0.5TiO3, Na0.5Bi0.5TiO3 - BaTiO3 solid solutions and Na0.5B0.5TiO3 - SrTiO3. They can be used, among other things, as piezoelements, in actuators with high efficiency, sensors, pressure meters, and in microwave electronics. It has been shown that the investigated materials contain in their structure the polar regions, which strongly influence their properties. The thesis, that the using of materials with nonhomogeneous composition and with similar structure can higly increase the possibilities of applcation, has been confirmed.