Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Jul 2021)
Effect of antimony content on electrical and structural properties of 0.98(K0.48Na0.52)0.95Li0.05Nb1−xSbxO3–0.02Ba0.5(Bi0.5Na0.5)0.5ZrO3 ceramics
Abstract
Lead-free 0.98(K0.48Na0.52)0.95Li0.05Nb1−xSbxO3–0.02Ba0.5(Bi0.5Na0.5)0.5ZrO3 (KNLNSx–BBNZ) solid solution with 0.04 < x < 0.08 was prepared by traditional solid-state process. Samples were sintered using a conventional method at 1120 °C for 4 h. The effect of Sb5+ content on the phase structure, microstructure, ferroelectric, dielectric and piezoelectric properties of the KNLNSx–BBNZ ceramics was studied. The phase transition of the ceramic was determined by the temperature dependence of the dielectric properties, while the structural properties, like the phase coexistence, were studied by X-ray diffraction. It was found that ceramics in the composition range of 0.06 < x < 0.08 possess an orthorhombic (Amm2) and tetragonal (P4mm) phases coexistence. The best piezoelectric properties were obtained in the ceramics with x = 0.07: d33 = 282 pC/N, −d31 = 103 pC/N, kp = 46%, ɛr = 1820, tan δ = 3% and Tc = 271 °C. Furthermore, this composition exhibited a good thermal stability, up to 200 °C on d33 piezoelectric constant, indicating that this material have great potential for application from room temperature until this temperature limit. Resumen: La solución sólida libre de plomo 0.98(K0.48Na0.52)0.95Li0.05Nb1-xSbxO3-0.02Ba0.5(Bi0.5Na0.5)0.5ZrO3 (KNLNSx-BBNZ) con 0.04 < x < 0.08 fue sintetizada por el método tradicional de estado sólido. Las muestras se sinterizaron a 1120 °C durante 4 horas. Se estudió el efecto del contenido de Sb5+ en las propiedades estructurales, microestructurales, ferroeléctricas, dieléctricas y piezoeléctricas de las cerámicas KNLNSx-BBNZ. La transición de fase de los materiales cerámicos se determinó mediante la dependencia de las propiedades dieléctricas con respecto a la temperatura, mientras que las propiedades estructurales, como la coexistencia de fase, se estudiaron mediante difracción de rayos X. Se encontró que los materiales cerámicos con composición entre 0.06 < x < 0.08 muestran una coexistencia de fases ortorrómbica (Amm2) y tetragonal (P4mm) (O-T). Las cerámicas con la composición x = 0.07 presentaron las mejores propiedades: d33 = 282 pC/N, −d31 = 103 pC/N, kp = 46%, ɛr = 1820, tan δ = 3% y Tc = 271 °C. Además, se observó una buena estabilidad térmica de la propiedad piezoeléctrica (d33), hasta 200 °C, indicando un gran potencial en aplicaciones hasta este límite de temperatura.
