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  5. Influence of Zn²⁺ doping on the morphotropic phase boundary in lead‐free piezoelectric (1 – x)Na₁/₂Bi₁/₂TiO₃‐xBaTiO₃
 
  • Details
2021
Zweitveröffentlichung
Artikel
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Influence of Zn²⁺ doping on the morphotropic phase boundary in lead‐free piezoelectric (1 – x)Na₁/₂Bi₁/₂TiO₃‐xBaTiO₃

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Hauptpublikation
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TUDa URI
tuda/8434
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-209866
DOI
10.26083/tuprints-00020986
Autor:innen
Bremecker, Daniel ORCID 0000-0002-8045-025X
Lalitha, K. V. ORCID 0000-0002-4848-5436
Teuber, Siegfried
Koruza, Jurij ORCID 0000-0002-0258-6709
Rödel, Jürgen ORCID 0000-0002-8975-7741
Kurzbeschreibung (Abstract)

A series of morphotropic phase boundary (MPB) compositions of (1–x)Na₁/₂Bi₁/₂TiO₃‐xBaTiO₃ (x = 0.05, 0.055, 0.06, 0.065, 0.07), with and without 0.5 mol% Zn‐doping was synthesized using the solid‐state route. The samples were characterized using X‐ray diffraction, dielectric analysis, and electromechanical measurements (piezoelectric d₃₃ coefficient, coupling factor kp, mechanical quality factor Qm, and internal bias field Ebias). The increase in the ferroelectric‐relaxor transition temperature upon Zn‐doping was accompanied by a shift of the MPB toward the Na₁/₂Bi₁/₂TiO₃‐rich side of the phase diagram. Higher tetragonal phase fraction and increased tetragonal distortion were noted for Zn‐doped (1 – x)Na₁/₂Bi₁/₂TiO₃‐xBaTiO₃. In addition, ferroelectric hardening and the presence of an internal bias field (Ebias) were observed for all doped compositions. The piezoelectric constant d₃₃ and the coupling coefficient kp decreased by up to ∼30%, while a 4‐ to 6‐fold increase in Qm was observed for the doped compositions. Apart from establishing a structure–property correlation, these results highlight the chemically induced shift of the phase diagram upon doping, which is a crucial factor in material selection for optimal performance and commercialization.

Freie Schlagworte

lead‐free

morphotropic phase bo...

Na₁/₂Bi₁/₂TiO₃‐xBaTiO...

piezoceramic

Zn‐doping

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Nichtmetallisch-Anorganische Werkstoffe (2025 umbenannt in "Fachgebiet Funktionskeramiken")
DDC
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 660 Technische Chemie
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Journal of the American Ceramic Society
Startseite
1232
Endseite
1240
Jahrgang der Zeitschrift
105
Heftnummer der Zeitschrift
2
ISSN
1551-2916
Verlag
Wiley-Blackwell
Ort der Erstveröffentlichung
Oxford
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2021
Verlags-DOI
10.1111/jace.18186
PPN
515771457

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