Model explanation of electrical characteristics anomalies in PLZT graded structure for piezoelectric transformers

• Autorzy: Kozielski L. , Janik P. , Janik M. , Bućko M. M.

Warianty tytułu

PL

Modelowe wyjaśnienie anomalii charakterystyki elektrycznej w gradientowej strukturze PLZT przeznaczonej na transformatory piezoelektryczne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, the influence of one directional diffusion between the two components in functionally graded structure (FGS) on the impedance (dielectric) spectrum of the system was investigated. Lanthanum-modified lead zirconate titanate (PLZT) ceramic materials have gained considerable attention due to their photostriction which is the superposition of photovoltaic and piezoelectric effects. The idea of functionally graded materials (FGM) implemented in the construction of piezoelectric transformer (PT) can be used for direct converting photonic energy to electrical one by implementing photostrictive actuators with a piezoelectric generator in one graded structure of PT. The presented measurements revealed complexity of the integration process of functionally graded materials and high electrical anisotropy of this graded structure. Impedance spectroscopy (IS) proved to be the method capable to present such an inequality in the form of well separated semicircles. Additionally, it was demonstrated that the characteristics of the graded structure is not a simply addition result of starting materials parameters but is deeply influenced predominantly by a diffusion direction. Finally, the influence of the directional diffusion process on impedance spectra was explained by RC electrical model and confirmed experimentally by XPS method.

PL

W artykule zbadano wpływ jednokierunkowej dyfuzji pomiędzy dwoma składnikami struktury funkcjonalnie stopniowanej (FGS) na jej widmo impedancyjne (dielektryczne). Modyfikowana lantanem ceramika cyrkonianu tytanianu ołowiu (PLZT) zyskała znaczne zainteresowanie w związku z jej fotostrykcją, która jest superpozycją efektów fotowoltaicznego i piezoelektrycznego. Idea materiałów funkcjonalnie stopniowanego (FGM) zaimplementowana do transformatora piezoelektrycznego (PT) może być wykorzystana do bezpośredniej zamiany energii fotonicznej na elektryczną poprzez wykorzystanie fotostrykcyjnych oscylatorów wzbudzających z generatorem piezoelektrycznym w jednostopniowej strukturze PT. Przedstawione badania ujawniły złożoność procesu integracji materiałów funkcjonalnie stopniowanych i ich wysoką anizotropię elektryczną. Spektroskopia impedancyjna (IS) sprawdziła sie jako metoda zdolna do pokazania takiej nierówności w postaci dobrze rozdzielonych półokręgów. Dodatkowo, zademonstrowano, że charakterystyka struktury stopniowanej nie jest wynikiem prostego sumowania właściwości materiałów wyjściowych, ale jest głównie mocno zależna od kierunku dyfuzji. Na koniec, wyjaśniono wpływ procesu dyfuzji kierunkowej na widma impedancyjne za pomocą elektrycznego modelu RC i potwierdzono doświadczalnie metodą XPS.

Słowa kluczowe

EN

piezoelectric transformer; PLZT; PBZT; FGM; diffusion

PL

PLZT; PBZT; FGM; dyfuzja

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 62, nr 4
• Strony: 471--476
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kozielski L.

autor

Janik P.

autor

Janik M.

autor

Bućko M. M.

• University of Silesia, Department of Materials Science, Sosnowiec, Poland,

Bibliografia

• 1. Bui N., Mattesco P., Simon P., Pebere N.: J. Pow. Sour., 73, (1998), 30-35.
• 2. Lazarraga M.G., Mandal S., Ibanez J., Amarilla J.M., Rojo J.M., J. Pow. Sour.: 115, (2003), 315-322.
• 3. Pratihar S.K., Sharma A.D., Bau R.N., Maiti H.S.: J. Pow. Sour., 129, (2004), 138-142.
• 4. Siekierski M., Wieczorek W., Nadara K.: Electrochimica Acta, 53, (2007), 1556-1567.
• 5. Viviani M., Barrel J., Buscaglia M.T., Buscaglia V., Vardavoulias M., Stytsenko E.: J. Eur. Ceram. Soc., 27, (2007), 4353-4357.
• 6. Mantese J.V., Schubring N.W., Micheli A.L., Thompson M.P.: Appl. Phys. Lett., 81, (2002), 1068-1073.
• 7. Zhong S., Alpay S.P., Ban Z.G.: App. Phys. Lett., 86, (2006), 132904-3.
• 8. Poulin G., Sarraute E., Costa F.: Sens. Act. A, 116, (2004), 461-471.
• 9. Du J., Hu J., Tseng K.J.: Ceram. Int., 30, (2004), 1797-1801.
• 10. Pulpan P., Erhart J., Stipek O.: Ferroelectrics, 351, (2007), 204-215.
• 11. Erhart J., Rusin L., Seifert L.: J. Electroceram., 19, (2007), 403-406.
• 12. Chu S., Chen C.: J. Mat. Sci. Lett., 20, (2001), 615-617.
• 13. Li L., Zhang N., Bai C., Chu X., Gui Z.: J. Mat. Sci., 41, (2006), 155-161.
• 14. Yoo J., Lee C., Chung K., Paik D., Jeong Y.: J. Electroceram., 17, (2006), 519-524.
• 15. Kozielski L., Lisińska-Czekaj A., Czekaj D.: Prog. Solid State Chem., 35, (2007), 521-530.
• 16. Poosanaasa P., Tonookab K., Uchino K.: Mechatronics, 10, (2000), 467-487.
• 17. Kozielski L., Adamczyk M., Sakamoto W., Nowak R.: Jap. J. Appl. Phys., 47, (2008), 2176-2181.
• 18. Han D.G., Choi G.M.: J. Electroceram., 21, (1998), 57-66.
• 19. Han D.G., Choi G.M.: Solid State Ionics, 106, (1998), 71-87.
• 20. Williams G., Thomas D.K.: Novocontrol Application Note: Dielectrics, 3.
• 21. Janik P., Paluch M., Tomawski L., Ziolo J., Eur. J. Phys., 21, (2000), 233-237.
• 22. Janik P.., Janik M., Tomawski L., Ziolo J., Paluch M., J. Non-Cryst. Sol., 353, (2007), 3932-3935.