Ferroelektrik malzemelerde kullanılan yeni tip seramiklerin üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

1900'lü yılların başlarından itibaren sentezlenip kullanılmaya başlanan katkılı ve katkısız BaTiO3, SrTiO3, (Ba/Sr)TiO3 seramikler sahip oldukları mekanik, elektrik, termal ve biyokimyasal özellikleri nedeniyle otomotiv, elektrik/elektronik, medikal teknolojiler, makine mühendisliği vb. endüstrilerde kendilerine uygulama alanı bulmaktadırlar.Bu tez kapsamında katkılı/katkısız BaTiO3, SrTiO3, (Ba/Sr)TiO3 seramik tozları henüz yeni kullanılmaya başlanan ultrasonik karıştırma tekniği kullanılarak katı hal sentez yöntemi ile sentezlenmiştir. Ultrasonik karıştırma tekniği ve çalkalama tekniği ile katkısız BaTiO3 seramiği sentezlenmiş; bu iki teknik arasındaki avantajlar ve dezavantajlar belirlenmiştir. Daha küçük tanecikli ve homojen kristal yapılar elde edilmesi, homojenizasyon süresinin kısalığı, XRD analizinde sinyal/gürültü oranının yüksek olması gibi avantajlı özelliklerinden dolayı ultrasonik karıştırma tekniği katkılı ve katkısız BaTiO3, SrTiO3, (Ba/Sr)TiO3 tozları üretimi için tercih edilmiştir. Katkı olarak farklı mol oranlarında Mn, K, In, Rb, Pr iyonları ilave edilerek formülasyonları yapılmıştır. Ba, Sr ve Ti yerine katkılanan iyonların katkılama miktarları farklı olmakla birlikte (mol cinsinden) % 0,05 - 60 arasında yapılmıştır. Katkılı ve katkısız seramik tozların morfolojik özellikleri, kristal yapısı ve tanecik boyutları X-ışını difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve alan emisyon taramalı elektron mikroskobu (FESEM) cihazları kullanılarak incelenmiş, katkılamayla birlikte yapıda meydana gelen değişiklikler tartışılmıştır. Oluşturulan yapıların kimyasal analizi için, örnekler derişik hidroklorik asit ile çözülerek ya gravimetrik tayin metodu ya da atomik absorpsiyon spektrometresi ile analiz edilmiştir.

The doped and undoped BaTiO3, SrTiO3, (Ba/Sr)TiO3 ceramic powders which have been started to be synthesized and have area of using from the beginning of 1900's, have many application areas such as automotive, electrical/electronic, medical technology, mechanical engineering due to their mechanical, electrical, thermal and biochemical properties etc.In this thesis, doped and undoped BaTiO3, SrTiO3, (Ba/Sr)TiO3 ceramic powders are synthesized by using a new ultrasonic mixing technique according to solid state synthesis method. Undoped BaTiO3 ceramics were synthesized by ultrasonic mixing and shaking techniques, the advantages and disadvantages of these two techniques have been determined and because of obtaining smaller grain and homogeneous crystal structures, shortness of homogenization time and high signal/noise ratio in XRD analysis; the ultrasonic mixing technique has been preferred for the synthesis of doped and undoped BaTiO3, SrTiO3, (Ba/Sr)TiO3 powders. Formulations were done by doping manganese (Mn), potassium (K), indium (In), rubidium (Rb), praseodymium (Pr) ions in different molar ratios instead of Ba, Sr and Ti ions and the amounts of them were varied between 0,05 and 60 % (molar). The morphological properties, crystal structure and grain size of doped and undoped ceramic powders were determined by using X-ray diffraction (XRD) device, scanning electron microscope (SEM) and field emission scanning electron microscope devices. The changes in structure after doping observed and discussed.For chemical analysis of obtained structures, samples were dissolved with concentrate hydrochloric acid and analyzed using by gravimetric determination method or atomic absorption spectrometry.