Nano PZT 90 nm

 

 

Kurşun zirkonat titanat, kimyasal formülü Pb [ZrxTi1 x x] O3 (0 x x 1) olan inorganik bir bileşiktir. Kurşun zirkonyum titanat olarak da adlandırılan, belirgin bir piezoelektrik etki gösteren seramik bir perovskit malzemedir, yani bir elektrik alanı uygulandığında bileşiğin şekli değişir. Ultrasonik transdüserler ve piezoelektrik rezonatörler gibi bir dizi pratik uygulamada kullanılır. Beyaz ile kirli beyaz bir katıdır. Kurşun zirkonyum titanat ilk olarak 1952 yılında Tokyo Teknoloji Enstitüsü'nde geliştirilmiştir. Önceden keşfedilmiş bir metalik oksit bazlı piezoelektrik malzeme olan baryum titanat ile karşılaştırıldığında, Kurşun zirkonyum titanat daha fazla hassasiyet gösterir ve daha yüksek çalışma sıcaklığına sahiptir. Fiziksel mukavemeti, kimyasal etkisizliği, tailorabilitesi ve nispeten düşük üretim maliyetleri nedeniyle, endüstride en sık kullanılan piezo seramiklerinden biridir.

Piezoelektrik olan Kurşun zirkonat titanat, sıkıştırıldığında (sensör uygulamaları için yararlıdır) yüzünün iki tarafında bir voltaj (veya potansiyel farkı) geliştirir ve harici bir elektrik alanı uygulandığında (aktüatör uygulamaları için faydalıdır) fiziksel olarak şekil değiştirir. Kurşun zirkonat titanatın nispi geçirgenliği, yönelim ve dopinge bağlı olarak 300 ila 20000 arasında değişebilir.

Piroelektrik olan bu malzeme, değişen sıcaklık koşulları altında iki yüzü arasında bir voltaj farkı geliştirir; sonuç olarak, Kurşun zirkonat titanat bir ısı sensörü olarak kullanılabilir. Kurşun zirkonat titanat da ferroelektriktir, bu da bir elektrik alanının varlığında tersine çevrilebilen kendiliğinden bir elektrik polarizasyonuna (elektrikli dipol) sahip olduğu anlamına gelir.

Materyal, morfotropik faz sınırında (MPB) x = 0.52 yakınında son derece büyük bir nispi geçirgenliğe sahiptir.

Bazı formülasyonlar en az 250 kV / cm (25 MV / m) 'ye kadar ohmiktir, daha sonra akım, çığ yıkımına ulaşmadan önce alan gücü ile katlanarak büyür; ancak kurşun zirkonat titanat zamana bağlı dielektrik arıza gösterir - arıza, gerilim ve sıcaklığa bağlı olarak dakikalar veya saatler sonra sabit voltaj stresi altında meydana gelebilir, bu nedenle dielektrik dayanımı ölçüldüğü zaman ölçeğine bağlıdır. Diğer formülasyonlar 8-16 MV / m aralığında ölçülen dielektrik dayanımlara sahiptir.

Kurşun zirkonat titanat bazlı malzemeler ultrason transdüserlerinin ve seramik kapasitörlerin, STM / AFM aktüatörlerinin (tüpler) bileşenleridir.

Kurşun zirkonat titanat, ultrason transdüserleri ve diğer sensörler ve aktüatörlerin yanı sıra yüksek değerli seramik kapasitörler ve FRAM yongaları yapmak için kullanılır. Kurşun zirkonat titanat ayrıca elektronik devrede referans zamanlaması için seramik rezonatörlerin imalatında kullanılır. 1975 yılında Sandia Ulusal Laboratuvarları, nükleer patlama durumunda hava ekibini yanıklardan ve körlükten korumak için PZLT içeren flaş önleyici gözlükler yarattı. PLZT lensleri 150 mikrosaniyeden daha kısa sürede opak hale gelebilir.

Ticari olarak, genellikle saf haliyle kullanılmaz, ya oksijen (anyon) boşluğu oluşturan alıcılar ya da metal (katyon) boşluğu oluşturan ve malzeme içinde etki alanı duvar hareketini kolaylaştıran donörler ile katılır. Genel olarak, alıcı doping sert Kurşun zirkonat titanat yaratırken, donör doping yumuşak Kurşun zirkonat titanat yaratır. Sert ve yumuşak Kurşun zirkonat titanat genellikle piezoelektrik sabitlerinde farklılık gösterir. Piezoelektrik sabitleri, polarizasyon veya mekanik gerilim birimi başına üretilen elektrik alanı ile orantılıdır veya alternatif olarak, uygulanan elektrik alanı birimi başına üretilen mekanik gerilimdir. Genel olarak, yumuşak Kurşun zirkonat titanat daha yüksek piezoelektrik sabitine sahiptir, ancak iç sürtünme nedeniyle malzemede daha büyük kayıplar vardır. Sert Kurşun zirkonat titanatta, etki alanı duvar hareketi safsızlıklar tarafından sabitlenir, böylece malzemedeki kayıplar azalır, ancak azaltılmış piezoelektrik sabit pahasına.