Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

Benzer belgeler
Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. Elektroseramiklerin Mikro ve Makro Boyutta Mühendisliği

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

ÖZGEÇMİŞ VE ESERLER LİSTESİ

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

Doç. Dr. Ebru MENŞUR ALKOY

Danışman: Yard. Doç. Dr. Metin Özgül

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. Kurşunsuz Piezoelektrik Seramiklerde Elektriksel Yaşlanma

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

NANO KURġUN ÜRETĠMĠ VE KARAKTERĠZASYONU

ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

ElektroseramikTR 2017 Çalıştay Programı Gebze Teknik Üniversitesi

ElektroseramikTR 2017 Çalıştay Programı Gebze Teknik Üniversitesi

Selçuk Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Konya/TÜRKİYE

KROM KATKILI ALUMİNANIN ENJEKSİYON KALIPLAMA İLE ŞEKİLLENDİRİLMESİ

Yrd. Doç. Dr. Şeniz R. KUŞHAN AKIN EĞİTİM Doktora, Yüksek Lisans, Lisans, İŞ TECRÜBESİ Yrd. Doç. Dr., Bilimsel Programlar Başuzmanı,

KARBON ELYAF TAKVİYELİ POLİAMİT 6 KARMALARIN ISIL VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

DÜŞÜK SICAKLIKTA BERRAK ÇÖZELTİLERDEN MFI TİPİ TOZ ZEOLİT SENTEZİ

MİKRODALGA YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

Dielektrik malzeme DİELEKTRİK ÖZELLİKLER. Elektriksel Kutuplaşma. Dielektrik malzemeler. Kutuplaşma Türleri Elektronik kutuplaşma

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. The Effect of PbO Additive to Grain Growth Kinetics of TiO 2 -BaO Based Ceramics

HYDROTERMAL YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

Kristallografik düzlemler;

DOKUMA BAZALT-CAM VE FINDIK KABUĞU TAKVİYELİ POLİMER KOMPOZİTLERİNİN EĞİLME DAYANIMI VE ISI GEÇİRGENLİKLERİNİN İNCELENMESİ

P e z o A y g ı t l a r

TOZ MALZEME TEKNOLOJİSİ-10. Yrd. Doç. Dr. Nuray Canikoğlu

MALZEME BİLGİSİ DERS 6 DR. FATİH AY.

Bölüm 3 - Kristal Yapılar

Mert KILINÇ, Göknur BAYRAM. Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, 06531, ANKARA ÖZET

CETP KOMPOZİTLERİN DELİNMELERİNDEKİ İTME KUVVETİNİN ANFIS İLE MODELLENMESİ MURAT KOYUNBAKAN ALİ ÜNÜVAR OKAN DEMİR

PİEZOELEKTRİK YAMALARIN AKILLI BİR KİRİŞİN TİTREŞİM ÖZELLİKLERİNİN BULUNMASINDA ALGILAYICI OLARAK KULLANILMASI ABSTRACT

Yrd. Doç. Dr. Şeniz R. KUŞHAN AKIN EĞİTİM Doktora, Yüksek Lisans, Lisans, İŞ TECRÜBESİ Yrd. Doç. Dr., Bilimsel Programlar Başuzmanı,

Nanolif Üretimi ve Uygulamaları

Kompozit Malzemeler Metal Matrisli Kompozitler

Yoğun Düşük sürünme direnci Düşük/orta korozyon direnci. Elektrik ve termal iletken İyi mukavemet ve süneklik Yüksek tokluk Magnetik Metaller

Ön Söz vii Kitabın Türkçe Çevirisine Ön Söz Çevirenin Ön Sözü 1 Sinterleme Bilimine Giriş 2 Sinterleme Ölçüm Teknikleri xiii

OPTİK MALZEMELER ARAŞTIRMA GRUBU. Metal Oksit Nano Parçacıkların 3. dereceden Doğrusal Olmayan Optik Özellikleri. Tuğçe YİĞİT

ELEKTROLİTİK TOZ ÜRETİM TEKNİKLERİ. Prof.Dr.Muzaffer ZEREN

Farklı Metalografik İşlem Yazılımlarının Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Küresellik Boyut ve Oran Tayininde Kullanımı

Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi/ Journal of The Institute of Natural & Applied Sciences 17 (1):6-12, 2012

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

ANİZOTROPİ. Schmid s Tek kristle uygulandığında:

İngilizce YDS:81,25 (2013) Derece Bölüm/Program Üniversite Yıl. Derece Bölüm/Program Üniversite Yıl

Bölüm 4: X-IŞINLARI DİFRAKSİYONU İLE KANTİTATİF ANALİZ

KRİSTALLERİN PLASTİK DEFORMASYONU

GRANÜL BOYUT DAĞILIMININ GRANİT KARO ÜRÜN ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ. Z.Bayer 1,3, N.Ay 1, N.Erginel 2

1,3-bis-(p-iminobenzoik asit)indan Langmuir-Blodgett filmlerinin karakterizasyonu ve organik buhar duyarlılığı

Mukavemet 1. Fatih ALİBEYOĞLU. -Çalışma Soruları-

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

Emre Yalçın (Odöksan ELBA) 7.Oturum: Süreçler ve Kontrol 7th Session: Process and Control

SOLAREX İSTANBUL Güneş Enerjisi & Teknolojileri Fuarı

MALZEME BİLİMİ Güz Yarıyılı Kocaeli Üniversitesi Ford Otosan Ġhsaniye Otomotiv MYO. Yrd. Doç. Dr. Egemen Avcu

NiO / YSZ (YİTRİYA İLE KARARLI HALE GETİRİLMİŞ ZİRKONYA) SERAMİKLERİN KIRILMA TOKLUĞUNA MİKRO YAPININ ETKİSİ

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MÜDÜRLÜĞÜ DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Sol-Gel Processing. Dersin Kodu: MME 5011

Kompozit Malzemeler. Polimer kompozit malzemeler reçine (Matrix) ve takviye (Reinforcement) bileşenlerinden oluşur.

PMN-PT-PMS SERAMİKLERİNDE SİNTERLEME SICAKLIĞI ETKİSİYLE YAPISAL VE ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERİN OPTİMİZASYONU

TiC-Co Esaslı Çizici Kalem Karakterizasyonu

Farklı Karıştırma Teknikleri ve Başlangıç Maddelerinden Sentezlenmiş Hidroksiapatit Tozunun Özelliklerinin İncelenmesi

Magnezyum-Yitriyum-Florür Katkı Sistemiyle Silisyum Nitrür Tozlarının Sinterlenmesi

MİKRO FREZELEME İŞLEMİNDE KESME KOŞULLARININ TAKIM AŞINMASI VE YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜ ÜZERİNDEKİ ETKİSİ

HİDROKSİAPATİT NANOPARÇACIKLARININ SENTEZİ

Faz ( denge) diyagramları

TiO 2 KATKILI ALUMİNA ÜRETİMİ-ENJEKSİYON KALIPLAMA

MMT407 Plastik Şekillendirme Yöntemleri

DOLGULU KOLONDA AMONYAK ÇÖZELTİSİNE KARBON DİOKSİTİN ABSORPSİYONU

TOZ METALURJİSİ Prof.Dr. Muzaffer ZEREN

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

MMM 2011 Malzeme Bilgisi

ASBESTSİZ CONTALAR TEMEL ÖZELLİKLER TEKNİK ÖZELLİKLER. Sanayi ve Ticaret Ltd. Şti.

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MÜDÜRLÜĞÜ DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: MME 5048

Sb 2 Te 3 ve Bi 2 Te 3 İÇERİKLİ YARI İLETKEN ALAŞIMLARIN ÜRETİMİ ve TERMOELEKTRİK, YAPISAL, MİKROYAPISAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ ÖZET

ÇELİKLERİN VE DÖKME DEMİRLERİN MİKROYAPILARI

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Ölçme Kontrol ve Otomasyon Sistemleri 10

KÜKÜRT DİOKSİT GAZI İLE ÜLEKSİT TEN BORİK ASİT ÜRETİMİ

Malzemelerin Deformasyonu


Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

( PİRUVİK ASİT + SU + ALKOL ) ÜÇLÜ SIVI-SIVI SİSTEMLERİNİN DAĞILIM DENGESİNİN İNCELENMESİ

NİCEL METALOGRAFİ (STEREOLOJİ)

İki malzeme orijinal malzemelerden elde edilemeyen bir özellik kombinasyonunu elde etmek için birleştirilerek kompozitler üretilir.

PLASTİK ŞEKİL VERME (PŞV) Plastik Şekil Vermenin Temelleri: Başlangıç iş parçasının şekline bağlı olarak PŞV iki gruba ayrılır.

2. Amaç: Çekme testi yapılarak malzemenin elastiklik modülünün bulunması

MBM 304 Kristal Kimyası 10. Hafta Dr. Sedat ALKOY

YARASA VE ÇİFTLİK GÜBRESİNİN BAZI TOPRAK ÖZELLİKLERİ ve BUĞDAY BİTKİSİNİN VERİM PARAMETRELERİ ÜZERİNE ETKİSİ

Dersin Kodu ve Adı: TASARIM VE MALZEME SEÇİMİ Eğitim ve Öğretim Yöntemleri. Proje/Alan Teori Uygulama Laboratuvar

Ulusal Metroloji Enstitüsü GENEL METROLOJİ

CALLİSTER FAZ DÖNÜŞÜMLERİ

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

EAG 04. KCl ÇÖZELTİSİNİN METASTABİL BÖLGE GENİŞLİĞİNİN KNO 3 KATKISI VARLIĞINDA ULTRASONİK SENSÖRLE ÖLÇÜLEBİLİRLİLİĞİNİN İNCELENMESİ

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ DOYMA BASINCI DENEY FÖYÜ 3

TOZ METALURJİSİ Prof.Dr.Muzaffer ZEREN

Paylaşılan elektron ya da elektronlar, her iki çekirdek etrafında dolanacaklar, iki çekirdek arasındaki bölgede daha uzun süre bulundukları için bu

Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Sol-jel Prosesleri Ders Notları

KARBON AEROJEL ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

Doğal Gypsum (CaSO 4.2H 2 O) Kristallerinin Termolüminesans (TL) Tekniği ile Tarihlendirilmesi. Canan AYDAŞ, Birol ENGİN, Talat AYDIN TAEK

Transkript:

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Afyon Kocatepe University Journal of Science and Engineering AKÜ FEMÜBİD 14 (2014) OZ5708 (49-54) AKU J. Sci. Eng. 14 (2014) OZ5708 (49-54) KSr 2 Nb 5 O 15 (KSN) Piezoelektrik Seramiğinin Alginate Jelleşmesi ve Şablonlu Tane Büyütme Yöntemleriyle Fiber Formda [001] Kristalografik Doğrultuda Dokulu Olarak Üretilmesi ve Elektriksel Karakterizasyonu Sinan DURSUN 1, Ebru MENŞUR ALKOY 2, Sedat ALKOY 1,3 1 Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü, Gebze, Kocaeli. 2 Maltepe Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Maltepe, İstanbul. 3 ENS Piezoaygıtlar Ltd., Gebze, Kocaeli. e-posta: sdursun@gyte.edu.tr; ebrualkoy@maltepe.edu.tr; sedal@gyte.edu.tr Geliş Tarihi:22.10.2012; Kabul Tarihi:11.11.2013 Anahtar kelimeler Dokulu fiberler; Alginate jelleşmesi; Şablonlu tane büyümesi; Tetragonal tungsten bronz Özet [001]-Yönlendirilmiş KSr 2 Nb 5 O 15 (KSN) dokulu seramik fiberler şablonlu tane büyütme ve yeni alginate jelleşme metodunun birlikte kullanılması ile üretilmiştir. Bu işlemde iğnesel KSr 2 Nb 5 O 15 şablon parçacıkları kullanılmıştır. Fiberler şablonsuz ve ağırlıkça % 10 şablon içeren alginat esaslı asıltıdan çekilmiştir. % 10 şablon içeren fiberlerin doku oranları 0.95 ye kadar ulaşmıştır. Üretilen KSN fiberlerden hazırlanan 1 3 bağlantılı piezokompozitlerin elektriksel ve elektromekaniksel özellikleri araştırılmıştır. Kompozitlerin doku kesrinin artmasıyla birlikte özelliklerin de artığı görülmüştür. Örneğin, piezoelektrik yük katsayısının 75 pc/n, kalıcı polarizasyonunun ~20 µc/cm 2 ye kadar ulaştığı belirlenmiştir. Fabrication of [001] Textured KSr 2 Nb 5 O 15 (KSN) Piezoelectric Ceramics in Fiber Form by a Combination of Novel Alginate Gelation Method and Templated Grain Growth and their Electrical Characterization Key words Textured fibers; Alginate gelation; Templated grain growth; Tetragonal tungsten bronze 1. Giriş Abstract [001]-oriented textured KSr 2 Nb 5 O 15 ceramic fibers were fabricated by a combination of novel alginate gelation method and templated grain growth. Needle like KSr 2 Nb 5 O 15 template particles were used for this process. Fibers were drawn from alginate based slurries without or with 10 wt% KSN template particles. A texture fraction up to 0.95 was obtained in the case of 10 wt%. Piezocomposites with 1-3 connectivity were prepared from the KSN fibers and their electrical and electromechanical properties were investigated. Highly enhanced properties were observed with increasing texture fraction such as, piezoelectric charge coefficient of up to 75 pc/n and remnant polarization of ~20 µc/cm 2. Afyon Kocatepe Üniversitesi Üç boyutta sürekli bir polimer içerisine gömülen piezoelektrik seramik fiberler ile oluşturulan 1 3 bağlantılı piezoelektrik seramiklerin kullanıldığı uygulamaların neredeyse tümünde aktif piezoelektrik bileşen olarak yüksek piezo/dielektrik özelliklerinden kurşun esaslı seramikler kullanılmaktadır (Newnham, 2004). Fakat kurşunlu bileşiklerin en önemli ve en temel problemi kurşunun çevreye ve sağlığa ciddi zararları olan en önemli nörotoksin olmasıdır. Bu nedenden dolayı kurşun içeren tüm ürünlerin her türlü uygulamadakullanımı kısıtlanmaktadır (Rödel et al. 2009). Son yıllarda yoğun olarak yapılan çalışmalarda alternatif kurşunsuz (lead-free) piezoelektrik malzeme arayışları devam etmektedir (Mensur-Alkoy, 2010). Fakat kurşunsuz piezoelektrik seramik alternatiflerin hiç biri doğrudan PZT ye eşdeğer özellikler sergileyememekte ve katkılandırma (doping) vb. yöntemler yetersiz kalmaktadır (Shrout et al. 2007). Kurşunsuz piezoelektriklerin özelliklerini iyileştirmek için başvurulabilecek en temel çözüm; bu malzemelerin tanelerinin tercihli olarak belirli doğrultularda yönlendirilmesi

(preffered grain orientation) yoluyla kristalografik bir dokuya (texture) sahip olarak üretilmesidir. Bu şekilde seramiğin bünyesinde anizotropi (özelliklerin yöne bağlı olarak değişmesi) yaratılmakta ve belirli doğrultularda malzemenin tek kristal özelliklerine yakın değerler elde edilmektedir (Saito et al. 2004). Bu çalışmanın amacı yukarıda belirtilen çevresel ve teknolojik kısıtlamalardan dolayı elektriksel özellikleri yüksek (tek kristali ile kıyaslanabilir) çevreye duyarlı dokulu yapıya sahip kurşunsuz piezoelektrik seramik fiber ve bu fiberlerden 1 3 seramik piezokompozit üretmektir. Bu nedenle kurşunsuz dokulu piezoelektrik seramik fiberler şablonlu tane büyümesi (templated grain growth, TGG) ve yeni geliştirilen alginate in çok valanslı iyonların varlığında iyon değişimi yoluyla ani jelleşmesini temel alan alginate jelleşmesi yönteminin birlikte kullanılması ile üretilmiştir (Alkoy et al. 2007), (Dursun, 2011). Bu yöntemlerin uygulanması için prototip olarak seçilen malzeme, kurşun içermeyen tetragonal tungsten bronze yapısında potasyum stronsiyum niobat - KSN (KSr 2 Nb 5 O 15 ) dir. (Neurgaonkar et al. 1994). Bu malzemenin seçiminde, yukarıda bahsedilen alginate jelleşmesi ile tanelerinin kristalografik olarak c-ekseninde kolayca yönlendirilebilmesi, [001] yönünde ferroelektrik polar eksene sahip olması ve yüksek elektriksel özellik göstermesi göz önünde bulundurulmuştur (Alkoy et al., 2008). 2. Materyal ve Metot Fiber çekimi öncesi KSN tozları katı hal kalsinasyon metodu ile üretilmiştir. Bunun için K 2 CO 3 ( % 99, Merck KGaA, Darmstadt, Germany), SrCO 3 ( % 99, Alfa Aesar), Nb 2 O 5 (% 99,5, Alfa Aesar) başlangıç tozları stokiyometrik olarak karıştırılmıştır. Kurutulan toz karışımı kapaklı bir alümina pota içerisine alınmış ve 1250 C'de 5 saat süreyle kalsinasyon yapılmıştır. Şablonlu tane büyüme işleminde kullanılması için iğnesel KSN şablon parçacıklar KCl ve SrNb 2 O 6 (SN) tek faz tozundan ağırlıkça toz/tuz oranı 2:1 olacak şekilde 1100 C de 6 saat süreyle ısıl işlem uygulanarak üretilmiştir. Sodyum alginate esaslı KSN asıltısı dokulu (yönlendirilmiş) yapıya sahip KSN fiberler üretmek için hazırlanmıştır. Bu asıltı orta viskoziteli alginic asit sodyum tuzunun suda çözülmesiyle hazırlanmış ve ağırlıkça % 41 KSN tozu eklenmiştir. Bunun yanında asıltıya dağıtıcı, sulu asıltılar için köpük giderici ve jelleşmeyi kontrol edici şelat yapıcı eklenmiştir. Hazırlanan asıltı 24 saat süreyle bilyeli değirmende karıştırılmıştır. Daha sonra tane yönlendirme işlemi için ağırlıkça % 10 (toplam asıltının ağırlıkça % 4) iğnesel KSN şablon parçacıklar asıltıya eklenmiştir. Taneleri yönlendirilmiş ve rast gele tane düzenine sahip KSN piezo-seramik kompozitleri karşılaştırmak için şablon parçacık içermeyen asıltı ağırlıkça % 45 KSN toz ile hazırlanmıştır. Yönlendirilmiş KSN seramik fiberler, alginate jelleşme metodu için özel olarak dizayn edilmiş fiber çekme makinesi ile 80 mm uzunlukta 0,8 mm, 1,6 mm ve 2 mm iç çapa sahip nozül kullanılarak, daha önce hazırlanan CaCl 2 çözeltisi içine çekilmiştir. Ekstrüzyon hızı bu çalışmada sabit tutulmuştur. Alginate jelleşme metodu ile KSN yaş fiberlerin uzunluğu 1 m den 5 m ye kadar başarıyla çekilmiştir. Oda sıcaklığında askıya asılarak kurutulan fiberler 4 er cm uzunluğunda kesilerek kapaklı alümina potanın içerisine platin folyo üzerine dizilerek ısıl işlem uygulanmıştır. Asıltıya eklenen organik bileşiklerin uçması için 500 C de 30 dakika beklenmiş, 5 C/dk ile fırın ısıtılarak şablonlu fiberler 1450 C de 6 saat, şablonsuz fiberler ise 1400 C de 2 saat süreyle sinterlenmiştir. Sinterleme işlemlerinden sonra sinterlenen fiberlerden 1 3 KSN kompozitler hazırlanmıştır. Kompozitlerin isimlendirilmesinde, fiber üretiminde kullanılan 0,8 mm, 1,6 mm ve 2 mm çaplı nozülleri belirtmesi açısından, çapların son iki rakamı atılarak en başa yazılmıştır. Ortada ise, R harfi şablonsuz fiberlerden hazırlanan kompozitleri, T harfi ise şablonlu fiberlerden hazırlanan kompozitleri ifade etmek için eklenmiştir. Şablonlu kompozitlerin sonlarında yer alan rakamlar kullanılan şablonların ağırlıkça oranları olarak verilmiştir. Örneğin 20T10 fiberi 2 mm çaplı nozül (20) ile çekilmiş şablonlu fiberdir (T) ve ağırlıkça % 10 KSN şablon (10) içermektedir. AKÜ FEMÜBİD 14 (2014) OZ5708 50

3. Bulgular ve Tartışma Alginate jelleşme metodu, düşük viskozitede su esaslı seramik tozlarından hazırlanan asıltının, daha önce hazırlanmış yine su-esaslı bir multivalent tuz çözeltisi içine ekstrüze edilmesinden oluşur. Asıltı viskozitesinin diğer konvansiyonel ekstrüzyon işlemlerine göre düşük olması, çok yüksek basınç uygulamadan uygun çap ve uzunlukta nozül seçilerek yüksek tane yönlenmesine imkân verir. Şekil 1.(a)' da şematik olarak çizildiği gibi kuvvet uygulandığında asıltı içindeki şablonların kesme kuvvetlerinin etkisinde nozül boyunca yönlenmesi sağlanmıştır, nozülden çıkan fiberler CaCl 2 çözeltisine çekilerek ani jelleşme yoluyla fiberlerin form ve yönlenmelerinin korunması sağlanmıştır. (a) Nozzle Ceramic slurry Template particles Region of shear stresses Grain oriented green fiber (c) CaCl 2 solution (b) (d) Şekil 1. a) Alginate jelleşme metodunda jelleşme işlemi ve fiber çekimi ile şablonların yönlendirilmesini gösteren şematik fotoğrafı b) 1400 C de 2 saat sinterlenmiş şablonsuz KSN fiberlerin fotoğrafı c) 1 3 kompozit şeklinin temsili şematik fotoğrafı d) Sinterlenen KSN fiberlerinden yapılan 1 3 KSN piezokompozitlerinin SEM görüntüsü. KSN şablonlarının, KSN matris tozu içinde ilk yönlenmesi dokulu seramik üretmek için hayati önem taşımaktadır, bu yöntemde ilk yönlenmenin korunması, alginate jelleşmesinin de temeli olan ve Na + ile Ca 2+ iyonları arasında çok hızlı gerçekleşen yer değiştirmeye dayanır (Alkoy et al. 2007). Şekil 1(b) 1400 C'de 2 saat sinterlenmiş şablonsuz fiberlere aittir ve bu fiberlerden elde edilen 1 3 kompozit örneğinin SEM görüntüsü Şekil 1 (d)' de verilmiştir. Şekil 2 de sırasıyla 1450 C de 6 saat süreyle sinterlenen (a-c) 20T10 ve 1400 C de 2 saat süreyle sinterlenen (b-d) 16R fiberlerine ait SEM görüntüleri ve X-ışını kırınım desenleri verilmiştir. 20T10 fiberlerinin SEM görüntüsünde tanelerin [001] yönünde mükemmel bir şekilde yönlendiği görülmektedir. Yoğunlaşma sıcaklığında, 16R fiberinde KSN toz tanelerinde anizotropik tane büyümesi (anisotropic grain growth) gerçekleşirken, 20T10 fiberinde ise şablonların anizometrik tane büyümesi (anisotropic templated grain growth) gerçekleşmiştir. Bundan dolayı istenen yönde şablonlu tane büyümesinin meydana gelebilmesi için sinterleme öncesi ilk (şablonlar ile) yönlenmenin olması şarttır (Messing et al., 2004). 16R fiberlerin tane uzunlukları 3 5 µm, tane kalınlıkları 1 2 µm arasında değişirken, 20T10 fiberlerin tane uzunlukları 10 40 µm, tane kalınlıkları 5 8 µm arasında değişim göstermiştir. 16R kompozitlerinden alınan X-ışını kırınım desenindeki tüm pikler TTB yapısında rastgele yönlenmiş KSN seramik fazına ait olup herhangi bir kristalografik yönlenmeyi göstermez. 20T10 fiberlerinde ise istenen yönde (örn. [001]) kristalografik yönlenme olduğu X-ışını kırınım deseninden görülmektedir. 1450 C de 2 ve 6 saat süreyle sinterlenmiş 20T10 fiberlerden hazırlanan 1 3 kompozitlerin doku karakterizasyonu, X-ısını kırınım desenlerinden lotgering faktör ile her bir kompozitin doku yüzdeleri ( f ), rocking curve yapılarak oryantasyon parametresi (r) ve (002) piklerinin yarı yükseklikteki tam genisligi (full width at half maximum, FWHM) hesaplanmıştır (Alkoy and Dursun, 2012). Bir X- ışını kırınımı tekniği olan rocking curve analiz metodu dokulu piezoelektrik seramiklerde yönlenme dağılımı hakkında sayısal bilgi vermesinden dolayı kullanılır (Seabaugh et al. 2000). Şekil 3'de verilen grafikler 20T10 kompozitlerine ait olup rocking curve analizi ile dokulu yapıya sahip KSN seramik fiberlerine ait (002) piki kullanılarak elde edilen dataların March- Dollase denklemine Seabaugh (2000) fit edilmesi ile AKÜ FEMÜBİD 14 (2014) OZ5708 51

çizdirilmiştir. Örneklerin eğim açısı aralığı (the specimen tilt angle, ω ) 20 den + 20 ye, derece büyüklüğü (step size) 0,02 ve bekleme zamanı 0,5 s olarak ayarlanmıştır. Rocking curve verilerinin background, absorption ve defocus işlemleri TexturePlus programı (Vaudin, 2002) kullanılarak düzeltilmiştir. Düzeltilen rocking curve verileri, March-Dollase eşitliğine ticari bir yazılım olan OriginPro8 programında fit edilerek dokunun yönlenme derecesi hesaplanmıştır (Alkoy and Dursun, 2012). Sonuçlar Tablo 1 de sunulmuştur. 20T10-6h a) c)) 20T10-6h 50µm 16R-2h b) d)) 16R-2h 10µm Şekil 2. (a) 1450 C de 6 saat süreyle sinterlenen (20T10), ve (b) 1400 C de 2 saat süreyle sinterlenen (16R) fiberlerine ait SEM görüntüleri ve bu fiberlerden yapılan kompozitlerin kesitlerinden alınan (c-d) X-ışını kırınım desenleri. Tablo 1. Lotgering faktör ve Rocking Curve analizlerinin karşılaştırmalı sonuçları Numune ismi Lotgering Faktör Yönlenme Parametresi R 2 FWHM ( ) 20T10-2h 0,91 0,33 0,98 15,74 20T10-6h 0,95 0,28 0,99 12,98 Tablo 1'de verildiği gibi 1450 C'de 6 saat süreyle sinterlenen fiberlerin Lotgering faktör değeri % 95, yönlenme parametresi 0,28 iken, aynı sıcaklıkta 2 saat süreyle sinterlenen fiberlerin Lotgering faktör değeri % 91, yönlenme parametresi ise 0,33 olarak hesaplanmıştır, FWHM değerleri ise sırasıyla 12,98 ve 15,74 olarak hesaplanmıştır. Yönlendirilmiş KSN şablonlar içeren KSN seramik fiberlerin KSN tanelerinin yönlenme yönünde büyüme ve genişlemesiyle, KSN seramiğinin mikro yapısı tek yönde (fiber çekme yönünde) yönlenerek dokulu mikroyapıya sahip yoğun seramik fiberler elde edilmiştir. Mikroyapıdaki bu dramatik değişimin elektriksel özelliklere etkisini incelemek için taneleri rastgele yönlenmiş şablonsuz KSN fiberlerinden ve 20T10 fiberlerinden yapılan 1 3 kompozitlerin polarizasyon-elektrik alan (P-E) histerisiz ölçümleri Radiant Precision LC cihazı ile yapılmış ve Şekil 4. te verilmiştir. AKÜ FEMÜBİD 14 (2014) OZ5708 52

50kV/cm de doymuş, tipik histerisiz çevrimine sahiptir. Doku oranı % 95 olan fiberlere sahip kompozitin (bulk seramiğe normalizasyonundan sonra) kalıcı polarizasyon (remanent polarization, P r ) değeri ~ 18 µc/cm 2 iken doyum polarizasyonu (saturation polarization, P p ) değeri 24 µc/cm 2 dir. Bu değer rastgele yönlenmiş mikroyapısına sahip fiberlerden yapılan 20R-2h kompozitinin P r (~7 µc/cm 2 ) ve P p (~9 µc/cm 2 ) değerlerinin çok üzerinde (P r değerinin ~2,5 katı) dir. Aynı zamanda literatürde KSN tek kristali için verilen P p değeri 25 µc/cm 2 olup 20T10-6h kompoziti bu değere çok yakındır (Neurgaonkar et al. 1993]. Şekil 3. 1450 C de 6 ve 2 saat sinterlenen 20T10 fiberlerine ait Rocking Curve analiz sonuçları, a) March- Dollase fonksiyonuna fit edilmiş (002) x-ışını piki, b) 6 ve 2 saat süreyle sinterlenmiş 20T10 fiberlerine ait karşılaştırma FWHM eğrileri. Şekil 5 de 0,2 mm, 1,6 mm ve 0,8 mm lik çapa sahip nozül ile çekilen, farklı oranlarda (ağırlıkça %10 ve %25) şablon içeren fiberlerden üretilen kompozitlerin piezoelektrik yük katsayıları (d 33 ) doku oranlarının bir fonksiyonu olarak verilmiştir. Doku oranına bağlı olarak d 33 katsayısının arttığı açıkça görülmektedir. Şablonsuz fiberlerden üretilen 20R kompozitlerinin d 33 katsayısı, 23 pc/n iken, P r değeri en yüksek (~ 19,1 µc/cm 2 ) doku oranı ~ % 97 olan 20T25-6h numunesinden d 33 75 pc/n dur. Şekil 4. Sırasıyla 1450 C de 6 saat ve 1400 C de 2 saat süreyle sinterlenen 20T10, 20R kompozit ve fiberlerine ait P-E histerisiz döngüsü. KSN seramiği [001] tek eksenli polarizasyona sahiptir ve sadece 180 domain hareketine izin verir (Clarke and Burfoot 1975). Nitekim (00l) doğrultusundaki doku oluşumunun P-E histerisiz üzerindeki etkisi Şekil 4. te çok açık bir şekilde görülmektedir. [001] doğrultusunda (fiber çekim yönünde, c-yönünde) yönlendirilmiş fiberlerden elde edilen 20T10 kompozitine ait P-E döngüsü Şekil 5. 2 mm, 1.6 mm ve 0.8 mm lik çapa sahip nozül ile çekilen, farklı oranlarda şablon içeren fiberlerden üretilen kompozitlerin, doku oranlarına göre değişen d 33 değerleri. 4. Sonuç Bu çalışmada, [001] yönünde dokulu KSN seramik fiberler yeni geliştirilen alginate esaslı asıltıdan başarılı bir şekilde CaCl 2 çözeltisine enjeksiyon ile AKÜ FEMÜBİD 14 (2014) OZ5708 53

çekilmiştir. Alginate esaslı asıltı içine konulan ağırlıkça %10 ve %25 KSN şablonlar ile yaş fiberlerin ilk yönlendirmeleri yapılmış, kurutulan fiberler sinterlenerek taneleri fiber çekim yönünde yönlenmiş dokulu yapıya sahip KSN fiber seramikler elde edilmiştir. Yapılan doku karakterizasyonu ile KSN tanelerinin yüksek kalitede dokulu yapıya sahip olduğu ve bunun sonucunda elektronik ve elektromekanik özelliklerinin, taneleri rastgele yönlenmiş seramik fiberlerin çok üzerinde olduğu, en yüksek yönlenme parametresine sahip 20T10-6h 1 3 kompozitinin elektronik ve elektromekanik değerlerinin tek kristal değerine çok yaklaştığı belirlenmiştir. Teşekkür Çalışmaya finansal destek veren TÜBİTAK a (Proje No: 110M627) teşekkür edilir. Kaynaklar Alkoy S., Yanık H., Yapar B., 2007. Fabrication of Lead Zirconate Titanate Ceramic Fibers by Gelation of Sodium Alginate, Ceramics International, 33, 389 394. Alkoy S. and Duran C., 2008. Electrical Properties of Textured Potassium Strontium Niobate (KSr 2 Nb 5 O 15 ) Ceramics Fabricated by Reactive Templated Grain Growth. Journal of American Ceramic Society, 91 [5], 1597-1602. Alkoy S., Dursun S., 2012. Processing and Properties of Textured Potassium Strontium Niobate (KSr 2 Nb 5 O 15 ) Ceramic Fibers Texture Development. Journal of American Ceramic Society, 95 [3], 937 945. Dursun, S., 2011. Kurşun içermeyen tungsten bronz yapılı ferroelektrik seramik fiberlerde doku oluşumu ve 1-3 kompozitlerin elektriksel karakterizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Gebze, 150s. Mensur-Alkoy E., 2010. Field-Induced Recoverable Strain Behavior of CuO-Added K 0.5 Na 0.5 NbO 3 Ceramics and 1 3 Fiber/Epoxy Piezocomposites. Journal of Applied Physics, 108, 094104. Neurgaonkar R. R., Cory W. K., Oliver J. R., Sharp E. J., Wood G. L., ve Salamo G. J., 1993. Growth and Optical Properties of Ferroelectric Tungsten Bronze Crystals, Ferroelectrics, 142, 167 188. Neurgaonkar R. R., Oliver J. R., Cory W. K., Cross L. E. and Viehland D., 1994. Piezoelectricity in Tungsten Bronze Crystals. Ferroelectrics, 160, 265 276. Newnham R.E., 2004. Fifty Years of Ferroelectrics, Proc. IEEE International Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control Joint 50th Anniversary Conference, Montreal, Kanada, pp. 1-6. Rödel J., Jo W., Seifert K. T. P., 2009. Eva-Maria Anton, and Granzow T., Perspective on the Development of Lead-free Piezoceramics. Journal of the American Ceramic Society, 92 [6], 1153-1177. Saito Y., Takao H., Tani T., Nonoyama T., Takatori K., Homma T., Nagaya T. and Nakamura M., 2004. Leadfree piezoceramics. Nature, 432, 84 87. Seabaugh M. M., Messing G. L. and Vaudin M. D., 2000. Texture development and microstructure evolution in liquid-phase-sintered α-alumina ceramics prepared by templated grain growth. Journal of American Ceramic Society, 83 [12], 3109-16. Shrout T. R., and Zhang S. J., 2007. Lead-Free Piezoelectric Ceramics: Alternatives for PZT?. Journal of Electroceramics, 19, 111 24. Vaudin M. D., 2000. Texture in electronic applications introductions and overview. Introduction and Overview NIST, 10 th October. AKÜ FEMÜBİD 14 (2014) OZ5708 54