Příprava a optimalizace piezoelektrických materiálů na bázi BCZT pro energy harvesting
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Tato práce se zabývá výrobou a optimalizací bezolovnaté piezokeramiky na bázi (Ba0,85Ca0,15Zr0,1Ti0,9)O3 (BCZT). Práškový BCZT prekurzor byl syntetizován metodou sol gel. Závislost relativní hustoty, mikrostruktury, fázového složení a piezoelektrických vlastností na slinovací teplotě v rozmezí 1300–1500 °C byla studována na vzorcích tvaru disků, které byly připraveny izostatickým lisováním za studena (CIP) při tlaku 700 MPa. Bylo zjištěno, že slinování při 1300 a 1350 °C vede ke keramice s jemnozrnnou mikrostrukturou, vykazující špatné piezoelektrické vlastnosti (d*33 = 50 pC·N1, resp. 65 pC·N1). Nejvyšší hodnoty piezoelektrického nábojového koeficientu bylo dosaženo slinutím při 1500 °C, kdy bylo naměřeno d*33 = 390 pC·N1. Dále byly metodou tape castingu připraveny tlusté BCZT vrstvy. Bylo optimalizováno složení keramické suspenze a byly otestovány různé způsoby slinování pro získání naprosto rovných vrstev BCZT keramiky. Nepodařilo se najít vhodný slinovací režim, nejméně zdeformovaných vrstev bylo dosaženo slinováním v závěsu na ZrO2 tyčince. U vrstev byla nejvyšší hodnota d*33 naměřena při slinutí na 1400 °C s výdrží 4 h (d*33 = 340 pC·N1).
This thesis deals with fabrication and optimization of lead-free piezoceramics based on (Ba0,85Ca0,15Zr0,1Ti0,9)O3 (BCZT). The BCZT precursor powder was synthesized by sol-gel method. Dependence of relative density, microstructure, phase structure and piezoelectric properties on the sintering temperature in a range from 1300–1500 °C was studied on disc shaped samples, which were prepared by cold isostatic pressing (CIP) using pressure of 700 MPa. It was found, that sintering at 1300 and 1350 °C leads to ceramics with fine-grain microstructure, which exhibits poor piezoelectric properties (d*33 = 50 pC·N1 and 65 pC·N1, respectively). The highest value of piezoelectric charge coefficient was obtained by sintering at 1500 °C (d*33 = 390 pC·N1). Furthermore, BCZT thick films were prepared by tape casting. The composition of the ceramic slurry was optimized and various sintering techniques were tested to obtain completely flat films of BCZT ceramics. The correct sintering configuration has not been found. The least deformation of the films was achieved when the samples were sintered hung on the ZrO2 rod. The highest value of d*33 for BCZT films was measured when the sample was sintered at 1400 °C with the dwell time for 4 h (d*33 = 340 pC·N1).
This thesis deals with fabrication and optimization of lead-free piezoceramics based on (Ba0,85Ca0,15Zr0,1Ti0,9)O3 (BCZT). The BCZT precursor powder was synthesized by sol-gel method. Dependence of relative density, microstructure, phase structure and piezoelectric properties on the sintering temperature in a range from 1300–1500 °C was studied on disc shaped samples, which were prepared by cold isostatic pressing (CIP) using pressure of 700 MPa. It was found, that sintering at 1300 and 1350 °C leads to ceramics with fine-grain microstructure, which exhibits poor piezoelectric properties (d*33 = 50 pC·N1 and 65 pC·N1, respectively). The highest value of piezoelectric charge coefficient was obtained by sintering at 1500 °C (d*33 = 390 pC·N1). Furthermore, BCZT thick films were prepared by tape casting. The composition of the ceramic slurry was optimized and various sintering techniques were tested to obtain completely flat films of BCZT ceramics. The correct sintering configuration has not been found. The least deformation of the films was achieved when the samples were sintered hung on the ZrO2 rod. The highest value of d*33 for BCZT films was measured when the sample was sintered at 1400 °C with the dwell time for 4 h (d*33 = 340 pC·N1).
Description
Citation
FOJTÍK, O. Příprava a optimalizace piezoelektrických materiálů na bázi BCZT pro energy harvesting [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2019.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Chemie, technologie a vlastnosti materiálů
Comittee
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc. (předseda)
prof. Ing. Jaromír Havlica, DrSc. (člen)
prof. Ing. Ladislav Omelka, DrSc. (člen)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. František Šoukal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Pác (člen)
Date of acceptance
2019-05-28
Defence
1. Student seznámil členy komise s teoretickými základy a cíli své diplomové práce a velmi přehledně přednesl výsledky, kterých dosáhl v experimentální části. Vystoupení bylo velmi zdařilé, jasné a velmi dobře strukturováno.2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci.3. Student akceptoval všechny připomínky oponenta a na všechny otázky odpověděl v plné šíři.4. Diskuse: Členové komise vznesli několik přípomínek a otázek. Student výborně reagoval na všechny připomínky a otázky vzešlé z diskuze a prokázal hlubokou znalost řešené problematiky.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení