A lead free piezoelectric material, bismuth sodium barium titanate $(Bi_{0.5}Na_{0.5})_{0.94}Ba_{0.06}TiO_3$ (BNBT), was considered as an environment-friendly alternatives for the current PZT system. A perovskite BNBT was synthesized by conventional bulk ceramic processing technique. In order to improve piezoelectric properties, $La_2O_3$ as a dopant was incorporated into the BNBT system up to 0.025 moi, ana the effects on subsequent the piezoelectric ana dielectric properties were systematically investigated. With increasing $La_2O_3$ contents, the equilibrium grain shape was remarkably evidenced and sintered density was increased. Piezoelectric and dielectric properties were s]town to have maximum values at the $La_2O_3$ contents of 0.02 mol. $La^{3+}$ ions seemed to act as a softener in the BNBT system and to enhance dielectric and piezoelectric properties in this study.
Hussain, Ali;Maqbool, Adnan;Malik, Rizwan Ahmed;Zaman, Arif;Lee, Jae Hong;Song, Tae Kwon;Lee, Jae Hyun;Kim, Won Jeong;Kim, Myong Ho
Korean Journal of Materials Research
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v.25
no.10
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pp.566-570
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2015
$Bi_{0.5}Na_{0.5}TiO_3$ (BNT) based ceramics are considered potential lead-free alternatives for $Pb(Zr,Ti)O_3$(PZT) based ceramics in various applications such as sensors, actuators and transducers. However, BNT-based ceramics have lower electromechanical performance as compared with PZT based ceramics. Therefore, in this work, lead-free bulk $0.99[(Bi_{0.5}Na_{0.5})_{0.935}Ba_{0.065}]_{(1-x)}La_xTiO_3-0.01SrZO_3$ (BNBTLax-SZ, with x = 0, 0.01, 0.02) ceramics were synthesized by a conventional solid state reaction The crystal structure, dielectric response, degree of diffuseness and electric-field-induced strain properties were investigated as a function of different La concentrations. All samples were crystallized into a single phase perovskite structure. The temperature dependent dielectric response of La-modified BNBT-SZ ceramics showed lower dielectric response and improved field-induced strain response. The field induced strain increased from 0.17%_for pure BNBT-SZ to 0.38 % for 1 mol.% La-modified BNBT-SZ ceramics at an applied electric field of 6 kV/mm. These results show that La-modified BNBT-SZ ceramic system is expected to be a new candidate material for lead-free electronic devices.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.11a
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pp.189-189
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2008
Due to the environmental issue vast research is going on to replace the widely used lead contented piezoelectric materials. Bismuth sodium titanate (abbreviated as BNT) based bismuth sodium titanate-barium titanate (abbreviated as BNBT) ceramic was prepared by using modified method rather than conventional mixed oxide method. This modification was made to improve the properties of BNT based ceramic. In this procedure $BaTiO_3$ (abbreviated as BT) was prepared using conventional mixed oxide method. Analytical grade raw materials of $BaCO_3$ and $TiO_2$ were weighted and ball milled using ethanol medium. The mixed slurry was dried and sieved under 80 mesh. Then the powder was calcined at $1100^{\circ}C$ for 2 hours. This calcined BT powder was used in the preparation of BNBT. Stoichiometric amount of $Bi_2O_3$, $Na_2CO_3$, $TiO_2$ and BT were weighted and mixed by using ball mill. The used calcination temperature was $850^{\circ}C$ for 2 hours. Calcined powder was taken for another milling step. BNBT disks were pressed to 15 mm of diameter and then cold isostatical press (CIP) was used. Pressed samples were sintered at $1150^{\circ}C$ for 2 hours. The SEM microstructure analysis revealed that the grain shape of the sintered ceramic was polyhedral and grain boundary was well matched where as the sample prepared by conventional method showed irregular arrangement and grain boundary not well matched. And sintered density was better (5.78 g/cc) for the modified method. It was strongly observed that the properties of BNBT ceramic near MPB composition was found to be improved by the modified method compare to the conventional mixed oxide method. The piezoelectric constant dB of 177.33 pC/N, electromechanical coupling factor $k_p$ of 33.4%, dielectric constant $K_{33}^T$ of 688.237 and mechanical quality factor $Q_m$ of 109.37 was found.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2007.06a
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pp.251-251
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2007
A new type of a lead-free positive temperature coefficient of resistivity(PTCR) material. based on $(Bi_{1/2}Na_{1/2})TiO_3\;-\;BaTiO_3$ solid solution ceramics has been developed. The effect of $Nb_O_5$ and $Y_2O_3$ content on the electrical properties and the microstructure of (1-x) $(Bi_{1/2}Na_{1/2})TiO_3\;-\;x\;BaTiO_3$ (BNBT) ceramics made using a conventional mixed oxide process has been studied. The Curie Temperature was obviously increased with the increasing of $(B_{0.5}Na_{0.5})TiO_3$ content. The Y-doped BNBT ceramics(x=0.02) display low resistivity values of $10^2-10^3$ ohm*cm at room temperature and the Curie Temperature of $Tc=155^{\circ}C$.
The effects of Nb doping on the crystal structure, microstructure, and dielectric ferroelectric and piezoelectric properties of $(Bi_{0.5}Na_{0.5})_{0.935}Ba_{0.065}Ti_{(1-x)}Nb_xO_3-0.01SrZrO_3$ (BNBTNb-SZ, with ${\chi}=0$, 0.01 and 0.02) ceramics have been investigated. X-ray diffraction patterns revealed that all ceramics have a pure perovskite structure with tetragonal symmetry. The grain size of the ceramics slightly decreased and a change in grain morphology from square to spherical shape was observed in the Nb-doped samples. The maximum dielectric constant temperature ($T_m$) increases with increasing amount of Nb; however, ferroelectric-relaxor transition temperature ($T_{F-R}$) and maximum dielectric constant (${\varepsilon}_m$) values decrease gradually. Nb addition disrupted the polarization hysteresis loops of the BNBT-SZ ceramics by leading a reduction in the remnant polarization coercive field and piezoelectric constant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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