Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Influence of Calcium Ions on the Structure and Properties of LaMnO3

Bara M., Dzik J., Feliksik K., Kozielski L., Wodecka-Duś B., Goryczka T., Zarycka A., Adamczyk-Habrajska M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2020

|

Vol. 65, iss. 3

1189--1195

EN

La0,7 Ca0,3 MnO3 polycrystalline were synthesized from La2 O3 , CaO and MnO2 powder mixture using a solid state reaction technique. The compound powders were obtained through the free sintering method at different temperatures and sintering times in order to study the influence of technological conditions on Ca doped La manganites. The most important physical features as structure, microstructure and morphology were described after X-ray diffraction investigation. Photographs of the specimen fractures were taken with SEM (scanning electron microscope) and they revealed high porosity of the tested material and great tendency for its grains to create agglomerates. Influence of doping and technological conditions on lattice parameters were studied by means of Rietvield analysis. The XRD measurements reveal that La0,7 Ca0,3 MnO3 has orthorhombic symmetry with Pnma space group.

2

Influence of Sr2+ Dopant on Microstructure and Electric Properties of (Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3 (BCZT) Ceramics

Radoszewska D., Goryczka T., Adamczyk M., Wodecka-Duś B., Bochenek D., Kozielski L.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 3

1295--1302

EN

The discovery of (BaxCa1-x)(ZryTi 1-x)O3 lead-free ceramics drawn a lot of attention to those novel materials because of their excellent piezoelectric properties. However, quite a little attention has been paid to other features of the material. This article reports a wide range of research, including composition, structure and microstructure, dielectric response and impedance spectroscopy in order to systematize and expand knowledge about this peculiar ceramics and strontium doping effect on its properties. In order to test that influence a series of samples with various strontium concentration, precisely the admixtures of 0.02, 0.04 and 0.06 mol% were prepared, as well as basic ceramics to compare obtained results.

3

Hot Pressed K0.5Na0.5NbO3 Material for Piezoelectric Transformer for Energy Harvesting

Kozielski L., Feliksik K., Wodecka-Duś B., Szalbot D., Tutu S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 3

1275--1280

EN

An optimized method of vibration Energy Harvesting is based on a step-down transformer that regulates the power flow from the piezoelectric element to the desired electronic load. Taking into account parameters of the whole system, the “optimal” voltage gain the piezoelectric transformer can be determined where the harvested power is maximized for the actual level of mechanical excitation. Consequently the piezoelectric transformers can be used to boost up the conversion of mechanical strain into electrical power with considerable potential in Energy Harvesting applications. Nowadays however, the most important factor is usage of lead free material for its construction. Additional desired parameters of such ceramics include high value of piezoelectric coefficients, low dielectric losses and reasonable power density. This work for first time proposes a lead free K0.5Na0.5NbO3 (KNN) material implementation for stack type of piezoelectric transformer that is designed for load efficiency optimization of vibration energy harvester.

4

Półprzewodnikowe właściwości ceramiki (Ba0,6Pb0,4) TiO3 domieszkowanej szkłem specjalnym

Wodecka-Duś B., Dzik J., Kozielski L., Adamczyk-Habrajska M.

Materiały Ceramiczne

|

2017

|

T. 69, nr 4

364--369

PL

Półprzewodnikowa ceramika ferroelektryczna, charakteryzująca się wysoką wartością dodatniego współczynnika temperaturowego rezystancji PTCR, znajduje coraz większe zastosowanie we współczesnej technice. Materiały pozystorowe stanowią sporą grupę tworzyw ceramicznych, których właściwości elektryczne są uwarunkowane przez obecność barier potencjału na granicach ziarn. Klasycznym przykładem tego typu materiałów są związki bazujące na ceramice ferroelektrycznej tytanianu baru (BaTiO3) i tytanianu ołowiu (PbTiO3). Czyste związki BaTiO3 oraz PbTiO3 ze względu na dalekie od optymalnych parametry elektryczne nie odgrywają większej roli w technice. Interesujące właściwości posiada natomiast ich roztwór stały, który można zapisać za pomocą ogólnego wzoru (Ba1-xPbx)TiO3. Celem pracy było otrzymanie właściwości półprzewodnikowych, a następnie pozystorowych w tytanianie baru, poprzez wprowadzenie w jego sieć krystaliczną jonów ołowiu, tworząc roztwór stały (Ba1-xPbx)TiO3 dla koncentracji ołowiu x = 0,4, a następnie domieszkowanie otrzymanej ceramiki tlenkowym szkłem specjalnym z układu PbO-B2O3-Al2O3-WO3 w ilości 1,5%, 4%, 6% i 8% wag. Badania charakterystyk prądowo-napięciowych otrzymanej ceramiki jednoznacznie potwierdziły zachowanie typowe dla półprzewodników samoistnych o dużej koncentracji nośników generowanych termicznie w objętości próbki w obszarze fazy ferroelektrycznej oraz istnienie powierzchniowych stanów akceptorowych generowanych napięciem większym niż U = 20 V w fazie paraelektrycznej. Odnotowany został również znaczący wpływ wyżej wymienionych stanów na prąd przewodnictwa. Warto również nadmienić, że niewielkie ilości kationów W6+, wprowadzonych w postaci tlenkowego szkła specjalnego, powodują przejście (Ba0,6Pb0,4)TiO3 wykazującego przewodnictwo dziurowe typu p do przewodnictwa elektronowego typu n, czyli w stan półprzewodnikowy, a w zakresie T > TC w stan pozystorowy.

EN

The demand for semiconductive ferroelectric ceramics, that is characterized by high values of positive temperature coefficient of resistivity (PTCR), in modern technology is constantly increasing. Posistor materials create a large group of ceramic materials which electrical properties are conditioned by the presence of the potential barriers at grain boundaries. A classic example of this kind of materials are those based on ferroelectric barium titanate (BaTiO3) and lead titanate (PbTiO3) ceramics that in a pure form have no large significance in technology due to their suboptimal electric parameters. However, the solid solution of BaTiO3 and PbTiO3, represented by the formula (Ba1-xPbx)TiO3, have remarkable electrical properties. The main scope of the study was to obtain semiconductive and afterwards posistor properties in barium titanate by introducing lead ions into its crystal lattice, creating the (Ba0.6Pb0.4)TiO3 solid solution, and then by doping the ceramics with special oxide glass from the PbO-B2O3-Al2O3-WO3 system in amounts of 1.5%, 4%, 6% and 8% by weight. The investigation of current-voltage characteristics of the resultant ceramics have undoubtedly demonstrated the behaviour which was typical for spontaneous semiconductors with high density of carriers generated thermally in the sample volume in the ferroelectric phase area, and the existence of surface acceptor states generated with a voltage greater than U = 20 V in the paraelectric phase. The significant influence of the aforementioned states on conductivity has also been noted. It is also worth mentioning that small amounts of W6 + cations introduced in the form of special oxide glass cause the transition of (Ba0.6Pb0.4)TiO3 from the state of p-type conductivity to the semiconductor state with n-type one, and in a range of T > TC to the posistor state.

5

Lead free Ba0.85Ca0.15TiO3 piezoelectric transformer for energy harvesting application

Kozielski L., Feliksik K., Wodecka-Duś B.

Materiały Ceramiczne

|

2017

|

T. 69, nr 2

68--72

EN

Piezoelectric Transformers are utilized to boost the conversion of mechanical vibration energy into electrical power with considerable potential in Energy Harvesting applications. Nowadays however, the critical challenge that need to be addressed is the use of lead free materials for their construction. The other requirements include the high conversion ratio, small size and reasonable power density. This work, for the first time, proposes implementation of the lead free Ba0.85Ca0.15TiO3 material for a piezoelectric transformer that is designed for a vibration energy collection device.

PL

Transformatory piezoelektryczne wykorzystywane są w celu zwiększenia efektywności konwersji energii drgań mechanicznych w energię elektryczną z dużym potencjałem w zastosowaniach do zbierania energii z otoczenia. Obecnie jednak kluczowe wyzwanie, które należy rozwiązać, polega na wykorzystaniu bezołowiowego, ceramicznego materiału piezoelektrycznego do jego budowy. Pozostałe wymagania obejmują wysoki współczynnik konwersji, mały rozmiar i rozsądną gęstość mocy. Praca ta po raz pierwszy proponuje zastosowanie bezołowiowej ceramiki Ba0.85Ca0.15TiO3 w transformatorze piezoelektrycznym, zaprojektowanym do urządzenia do zbierania energii wibracyjnej.

6

Investigation of La3+ Doping Effect on Piezoelectric Coefficients of BLT Ceramics

Wodecka-Dus B., Kozielski L., Erhart J., Pawełczyk M., Radoszewska D., Adamczyk M., Bochenek D.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 2A

691--696

EN

Effects of La3+ admixture in barium lanthanum titanate (BLT) ceramics system with colossal permittivity on performance of prospective piezoelectric cold plasma application were studied. Usage of cold atmospheric pressure plasma appears promising in terms of industrial and healthcare applications. Performed investigation provide consistent evaluation of doping lanthanum amount on piezoelectric coefficients values with simultaneous capability of charge accumulation for effective plasma generation. Modification of ferroelectric materials with heterovalent ions, however with the lower radii than the original atoms, significantly affects their domain mobility and consequently electromechanical properties. To determine the piezoelectric coefficients, the resonanceantiresonance method was implemented, and values of piezoelectric and dielectric parameters were recorded. Finally the results indicated that addition of 0.4 mol.% of La3+ ions to the ceramic structure maximally increased the values of piezoelectric coefficient to d33 = 20 pC/N and to huge dielectric constant to ε33 T = 29277.

7

Wykorzystanie cyfrowego zespołu zabezpieczeń ecoMUZ-2 do ochrony pojedynczych urządzeń na przykładzie silnika indukcyjnego - stanowisko dydaktyczne

Kozielski L., Gil P.

Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Technicznej w Katowicach

|

2016

|

nr 8

181--191

PL

Przez wiele lat polski system elektroenergetyczny był traktowany z przymrużeniem oka, usuwano tylko bieżące awarie, a nie wymieniano wysłużonych już urządzeń na nowoczesne, które dawałyby możliwość bezobsługowej pracy stacji. Sytuacja zmieniła się na lepsze w latach 90, kiedy to w odpowiedzi na zapotrzebowanie rynku zaczęły powstawać cyfrowe urządzenia Elektroenergetycznej Automatyki Zabezpieczeniowej (EAZ). W nowoczesnej elektroenergetyce priorytetem jest bezprzerwowe dostarczanie klientowi energii elektrycznej o najwyższej jakości w kategoriach zachowania symetrii kątów przy prądzie trójfazowym, kształtu sinusoidy napięcia oraz jego częstotliwości i wartości nominalnej. Wynika to wprost z Prawa Energetycznego, ale także z demonopolizacji rynku energii i związanych z tym rosnących wymagań klientów. W efekcie zapoczątkowano proces systematycznego zastępowania dotychczasowych zajmujących dużą przestrzeń systemów sterowania przez cyfrowe zespoły zabezpieczeń połączone ze sobą przez sieć Ethernet. W odpowiedzi na duże rozpowszechnienie tego typu aplikacji powstała potrzeba zrealizowania stanowiska dydaktycznego, które służy do zapoznania się z nowoczesnym sterownikiem elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej, systemem sterowań, blokad, a także z praktycznym doborem nastaw dla wykorzystanego w pracy silnika indukcyjnego wraz z zachowaniem odpowiedniej selektywności.

EN

For many years, the electricity market has been taken with a pinch of salt, all necessary break-downs were repaired, but old and long-serving equipment was not replaced with modern infrastructure that would provide the possibility of unattended operation of the station. This situation changed in 1990s when, in response to the market needs, first digital devices with protection automatics for electrical power engineering were invented. In the modern electric power engineering the main priority is uninterrupted supply of the highest quality electricity to the customer in terms of maintaining symmetry of angles at three-phase voltage, the shape of voltage sinusoid, the voltage frequency and value. This follows directly from Energy Law and growing customer requirements. Therefore, control systems and protective relays, that occupied large spaces in the past, could be replaced with one digital security system and switch. In response to large absorptivity of electric power engineering branch I was presented and discussed the didactic stand which is aimed at learning about modern ecoMUZ-2 control system, blockades, and also with the selection of proper settings for induction motor as well as maintaining sufficient selectivity in the system.

8

Własności piezoelektryczne włókien ceramicznych

Kozielski L.

Materiały Ceramiczne

|

2016

|

T. 68, nr 1

44--48

PL

Ceramiczne materiały piezoelektryczne można otrzymywać w różnych postaciach i formach, zaczynając od tradycyjnej ceramiki objętościowej i cienkich oraz grubych warstw ceramicznych, a kończąc na formie włókien ceramicznych czy też praktycznie dowolnych kształtach, związanych z nowoczesnymi metodami wytwarzania wykorzystującymi drukarki 3D. Włókna piezoelektryczne wykazują wiele zalet w stosunku do objętościowej ceramiki tego samego typu. Można wśród nich wyróżnić lepszą anizotropię właściwości, elastyczność niemożliwą do osiągnięcia w ceramice objętościowej oraz większą wytrzymałość mechaniczną. Jednak metody, jakość składników wyjściowych oraz warunki wytwarzania tego typu włókien piezoelektrycznych dalej pozostają ogromnym obszarem badań i poszukiwań. Celami przedstawianego eksperymentu było wytworzenie piezoelektrycznych włókien metodą ekstruzji i zbadanie podstawowych parametrów materiałowych, elektrycznych i piezoelektrycznych oraz dokonanie analizy porównawczej właściwości w stosunku do komercyjnej ceramiki objętościowej.

EN

Ceramic piezoelectric materials can be prepared in various forms and shapes, starting from traditional bulk volumetric ceramics, and thin or thick ceramic layers finally ending in the form of ceramic fibres or even virtually any shape which is associated with novel production methods taking advantage of 3D printers. Piezoelectric fibres have a number of advantages compared to volumetric ceramics of the same type. Among them are improved anisotropy of properties, impossible to achieve in bulk ceramics, flexibility and associated with this greater mechanical strength. However, the methods, the quality of the starting components and the conditions for preparing this type of piezoelectric fibres still remain a vast area of research and investigations in order to effect optimum electrical and electromechanical properties of the final material. Objects of the experiment were to produce piezoelectric fibres by the extrusion method, examine electrical and piezoelectrical parameters, and comparative analysis with commercial bulk ceramics properties.

9

The Technology and Structural Properties of Special Glass Modified (Ba0.6Pb0.4)TiO3 Ceramics

Wodecka-Dus B., Adamczyk M., Goryczka T., Dzik J., Radoszewska D., Kozielski L., Bochenek D.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 4

1761--1766

EN

The present paper widely describes the details of technology of (Ba0.6Pb0.4)TiO3 ceramics modified with PbO-B2O3-Al2O3-WO3 special glass, as well as the influence of admixture on the microstructure and crystal structure of basic material. The microstructure investigations reveal the significant increase of grain size and a decrease of pores participation in volume of modified samples, whereas the X-Ray Diffraction (XRD) measurements show a decrease of the volume of unit cell. The obtained results are discussed due to processes occurring during the sintering process at high temperature.

10

Study of phase transition in Bi3TiNbO9-BaBi2Nb2O9 ceramics

Adamczyk M., Kusz J., Hofmeister W., Zubko M., Kozielski L., Pilch M., Bochenek D., Wodecka-Duś B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 3

1503--1510

EN

The subject of the paper is lead free bismuth layer structure oxides (1-x)Bi3TiNbO9-xBaBi2N2O9(x=0; 1; 2; 3 mol). The influence of Bi3TiNbO9/BaBi2Nb2O9 ratio on dielectric and structural properties was studied in a wide range of temperatures. Change in the ratio causes a decrease in the maximum value of dielectric permittivity and shifts the temperature of ε`max to low values, leading to linear decreasing of average grain size and linear increasing of ceramics density. These results indicate an augment of the packing degree and the participation of pores are significantly decreased with the increase of BaBi2Nb2O9compound intake. Moreover, for 0.7Bi3TiNbO9-0.3BaBi2Nb2O9 ceramics the dielectric phase transition is broadened and the properties characteristic for the ferroelectric relaxor appear.

11

PLZT microfibers technology optimization

Kozielski L., Adamczyk M., Feliksik K., Bochenek D., Clemens F.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 3

1471--1476

EN

Electrocaloric (EC) structures for a new generation of cooling or heating elements utilize the temperature dependence of spontaneous polarization in some ferroelectric materials to convert waste heat into electricity and vice versa. A (Pb0.93La0.07) (Zr0.65Ti0.35)O3 material, have the largest recorded pyroelectric coefficient. An effective predicted form for such applications is fiber, due to small heat capacitance and quick response time, even for nano second laser excitation. Consequently, the presented work provides a description of the optimization of structural, ferroelectric and piezoelectric properties of obtained fibers, finally concluding on necessity of sintering temperature reduction in 100°C in contrast to bulk form to effectively prevent its destruction.

12

Wykorzystanie systemu wizyjnego do pomiaru ugięcia konstrukcji budowlanych

Kozielski L., Łuczak K.

Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Technicznej w Katowicach

|

2015

|

nr 7

151-156

PL

W pracy zaprojektowano oraz wykonano stanowisko pomiarowe do badania linii ugięcia belek i konstrukcji budowlanych z wykorzystaniem algorytmu suwmiarki wizyjnej. Zaprojektowanie stanowiska wiązało się z potrzebą powiązania analizy uzyskanego obrazu z kamery cyfrowej z zagadnieniem ugięcia belki. Wszystkie materiały i urządzenia wykorzystane do budowy stanowiska zostały dobrane w taki sposób, aby zoptymalizować stanowisko pod kątem wytrzymałości, lekkości i stabilności, a także zapewnić dokładny i jak najbardziej zautomatyzowany odczyt. Do budowy modelowej konstrukcji zostały wykorzystane profile stalowe, a układ pomiarowy został wykonany na bazie tensometrycznego czujnika nacisku i układu z mikrokontrolerem. Odczyt ugięcia belki jest realizowany poprzez program LabVIEW za pomocą modułu wizyjnego. Na zaprojektowanym stanowisku można, w praktyczny sposób, zmierzyć ugięcie belki obciążonej siłą skupioną. Pomiary dokonywane na stanowisku testowym są obarczone błędem wynikającym z użycia kamery internetowej o niskiej rozdzielczości, natomiast może być ono w przyszłości modernizowane do precyzyjnych badań z zakresu zagadnień z mechaniki budowli.

EN

In the study, a test stand for testing beams deflection lines and building structures using a calliper visual calliper algorithm was designed and made. Designing the stand was associated with the need to link the analysis of the image obtained from a digital camera to the issue of beam deflection. All materials and equipment used to build the stand were selected so as to optimize the stand for the strength, lightness and stability, and to ensure the most accurate and automated reading. To build the model structure, steel profiles were used, and the measurement system was made on the basis of a strain gauge pressure sensor and the setting with a microcontroller. Beam deflection reading is realised through the Labview program using a video module. On the designed stand it is possible, in a practical way, to measure the deflection of a beam loaded with concentrated forc. Measurements performed on the test stand are subject to errors resulting from the use of a webcam with low resolution, but it can be modernised in the future to precise tests on issues of structural mechanics.

13

Transformatorowy czujnik oświetlenia

Kozielski L.

Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Technicznej w Katowicach

|

2015

|

nr 7

137-143

PL

Materiały inteligentne to materiały wykazujące samoistną odpowiedź na zewnętrzny czynnik pobudzający, w związku z tym w naturalny sposób nadające się do aplikacji czujnikowych. Materiały, wykazujące jednocześnie właściwości fotowoltaiczne i piezoelektryczne, poddane działaniu zewnętrznego oświetlenia zamieniają część energii iluminacji na energię pola elektrycznego, wywołując dodatkową polaryzację elektryczną. W następstwie tego efektu następuje generacja napięcia na elektrodach użytego kompozytu, a pomiary współczynników przetwarzania energii i specyficznego efektu fotowoltaicznego (ang. anomalous photovoltaic effect APE) przeprowadza się metodą dynamiczną lub statyczną (ładunkową). W artykule została zaproponowana innowacyjna metoda wykorzystania, wyżej wymienionego efektu, do aplikacji czujnikowych przez implementację materiału inteligentnego w strukturę transformatora piezoelektrycznego, w celu uzyskania zmiany amplitudy i fazy napięcia wyjściowego w odpowiedzi na pobudzenie sygnałem świetlnym.

EN

Smart materials are materials having an intrinsic response to an external stimulating factor, therefore are naturally suited for sensor applications. Materials exhibiting photovoltaic and piezoelectric properties at the same time exposed to external illumination convert part of the illumination energy into energy of the electric field, causing additional electrical polarization. As a consequence of this effect occurs generation of voltage on the used composite electrodes and measurement of energy conversion factors of this anomalous photovoltaic effect (APE) is carried out using a dynamic or static method (charge loading). The article proposed an innovative method to use the above-mentioned effect for sensor applications by implementation of a smart material in the structure of the piezoelectric transformer in order to change the amplitude and phase of the output voltage in response to stimulation by a light signal.

14

Aktuator piezoelektryczny wykonany z włókna ceramicznego

Kozielski L., Łuczak K.

Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Technicznej w Katowicach

|

2015

|

nr 7

145-150

PL

Współcześnie stosowane w szeroko pojętej automatyce i mechatronice urządzenia wykonawcze (aktuatory) stawiają duże wymagania inżynierii materiałowej. Materiałom przeznaczonym na aktuatory stawia się wysokie wymagania dotyczące ich twardości, sztywności oraz wytrzymałości i lekkości. Umożliwia to zwiększenie dokładności obróbki i miniaturyzację produktów. Największe zastosowanie w tego typu urządzeniach znalazły materiały piezoelektryczne. Aktuatory na bazie ceramiki piezoelektrycznej między innymi są wykorzystywane jako części układów napędowych w motoryzacji (piezoelektryczne wtryskiwacze paliwa), w automatyzacji procesów przemysłowych jako siłowniki do precyzyjnych robotów, w awionice do zmiany geometrii skrzydeł samolotów [1,2]. Największą ich zaletą jest wysoka wytrzymałość mechaniczna i duża odporność na trudne warunki oraz bardzo krótki czas reakcji poniżej 1 ms. Aktuatory tego typu wykonywane są najczęściej z litej ceramiki piezoelektrycznej, która jest materiałem kruchym o dużej gęstości. W artykule została zaproponowana innowacyjna metoda wytwarzania piezoceramicznych materiałów do aplikacji aktuatorowych w formie włókien ceramicznych pozwalającą na ominięcie ograniczeń związanych z naprężeniami wewnętrznymi ceramiki w formie objętościowej.

EN

The materials, from which present-day actuators are produced, are increasingly harder, stiffer and more durable, and lighter at the same time. This makes it possible to increase processing accuracy, and miniaturisation of products. Piezoelectric materials have found the widest application in this type of devices. Piezoelectric actuators are widely used nowadays as automotive drives (piezoelectric fuel injectors), in automation as servomotors for precise robots, as well as in airplanes to change the wings geometry. Their greatest advantage is high mechanical strength and high resistance to difficult conditions, and very short response time, less than 1 ms. Actuators of this type are usually made of solid piezoelectric ceramic, which is a brittle material with high density. This article proposes an innovative method of producing piezoceramic materials for actuator applications, in the form of ceramic fibers, which allows to bypass the limitations related to internal stresses in ceramic in volume (standard) form.

15

Transformatorowe generatory energii do bezprzewodowych sieci samozasilających się czujników w budynkach inteligentnych

Łuczak K., Kozielski L.

Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Technicznej w Katowicach

|

2014

|

nr 6

65-71

PL

W nowoczesnych budynkach bezprzewodowe sensory są stosowane nie tylko do wykrywania dymu, detekcji ruchu i kontroli dostępu ale również do systemów monitorowania bezpieczeństwa strukturalnego budynku w zakresie bezstykowego pomiaru przemieszczeń liniowych i kątowych oraz drgań ich konstrukcji. Ten niezwykle ważny obszar zastosowań wymusza poszukiwania nowych lepszych technologii pozwalających na ich miniaturyzację, co związane jest z eliminacją tradycyjnego bateryjnego zasilania tych urządzeń. Ten aspekt jest w szczególności istotny do monitorowania wibracji zabetonowanych elementów konstrukcyjnych w warunkach środowiskowych uniemożliwiających wymianę zużytych baterii. Polimerowy kompozyt tworzący strukturę transformatora magnetoelektrycznego (ME) składający się z mieszaniny ceramiki piezoelektrycznej i magnetostrykcyjnej w osnowie z materiału polimerowego (Poliamid) został wytworzony z przeznaczeniem d o tego typu aplikacji. Na wskutek oddziaływania pola magnetycznego następuje zmiana ukierunkowania domen ferromagnetycznych w materiale magnetostrykcyjnym powiązana z wytworzeniem naprężeń mechanicznych. Powstałe naprężenia zostają przeniesione przez poliamidową osnowę na materiał piezoelektryczny, gdzie na zasadzie efektu piezoelektrycznego następuje generacja napięcia oraz zmiana jego parametrów elektrycznych. Pomiary współczynników transformacji energii pola magnetycznego na elektryczną przeprowadzano metodą mostkową na podstawie analizy fazowej i amplitudowej impedancji. Wykazano, że praktycznym zastosowaniem otrzymanego transformatora magnetoelektrycznego mogą być generatory energii elektrycznej wykorzystujące w swej zasadzie działania konwersję energii drgań i pola magnetycznego na elektryczną w opisywanym materiale kompozytowym.

EN

In modern smart building wireless sensors applications are used not only for direct smoke and intruder detection but mainly for structural safety of buildings in non-contact measurement of linear and angular displacement as well as construction vibrations. This very important area of applications enforces the search for new and better technologies to their miniaturization, in a first place with elimination of batteries. This aspect is extremely significant in harsh environmental conditions for vibration monitoring of concreted structure. Polymer composite material for magnetoelectric (ME) transformer consisting of a mixture of piezoelectric and the magnetostrictive material in a polyamide matrix (polymer with amid bond) was manufactured for this application and has been tested in an AC magnetic field. The mechanical tensions created from reoriented ferromagnetic domains generate a voltage at the electrodes surfaces due to the piezoelectric effect via tensions transmitted by polyamide matrix. Measurements of these transformation coefficients is carried out by a bridge technique on the basis of the amplitude and phase impedance characteristics. Finally it was demonstrated that the practical application of the created composite can be ME Transformer for voltage generations in wireless sensor network systems.

16

Structural, Dielectric Specroscopy and Internal Friction Correlation in BaBi2Nb2O9 Ceramics

Adamczyk M., Kozielski L., Zachariasz R., Pawełczyk M., Szymczak L.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 1

7--10

EN

The research presented in this paper concerns BaBi2Nb2O9 (BBN) which is the member of the Aurivillius family and seems to be interesting from the point of view of its potential applications in storage media. Our investigations focused on temperature dependence crystal structure and mechanical properties of this ceramics as well as on the dielectric properties of samples. Correlation between positions of the maximum of the real part of electric permittivity and the behavior integral width of diffraction lines XRD versus temperature had been discussed based of the presence of polar nano-regions with orthorhombic distortion in macroscopic tetragonal matrix.

PL

Wyniki badań przedstawionych w niniejszej pracy dotyczą ceramiki BaBi2Nb2O9 (BBN), która należy do rodziny materiałów o strukturze Aurivillius’a. Materiały te są bardzo interesujące z punktu widzenia zastosowań w urządzeniach elektronicznych. Przeprowadzone badania umożliwiły określenie temperaturowych zmian struktury krystalicznej oraz własności mechanicznych badanej ceramiki. Otrzymane zależności porównano z wynikami badań dielektrycznych. Stwierdzone korelacje pomiędzy położeniami maksimów na wykresie temperaturowej zależności rzeczywistej części przenikalności elektrycznej a zachowaniem całkowej szerokości połówkowej linii dyfrakcyjnych zostały przedyskutowane z uwzględnieniem obecności nano-obszarów polarnych o dystorsji rombowej w tetragonalnej makroskopowej matrycy.

17

Transformator piezoelektryczny ze sprzężeniem magnetycznym

Kozielski L., Płońska M., Adamczyk M., Bućko M. M., Janik P.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 4

447-451

PL

Cyrkonian tytanian ołowiu i lantanu jest klasycznym materiałem ferro- i piezoelektrycznym. Wprowadzenie do jego struktury niewielkich ilości żelaza(III) w miejsce jonów lantanu powoduje pojawienie się efektu sprzężenia magnetoelektrycznego, którego wielkość wynika z odpowiednio dobranych proporcji wprowadzonej domieszki. Metodą bezpośredniej reakcji w ciele stałym uzyskano proszki, a następnie spieki materiałów o składach Pb0,91La0,09(Zr0,65Ti0,35)0,9775O3 (PLZT) oraz Pb0,91(La0,5Fe0,5)0,09(Zr0,65Ti0,35)0,9775O3 (PLFZT). Określono składy fazowe, mikrostrukturę, przenikalność elektryczną i straty dielektryczne obydwu materiałów. Z materiału PLFZT skonstruowano transformator piezoelektryczny, na którym określono wielkość sprzężenia magnetoelektrycznego oraz parametry przetwarzania wejściowego sygnału napięciowego funkcji natężenia zewnętrznego pola magnetycznego. Stwierdzono, że pomimo stosunkowo niewielkiej wartości sprzężenia uzyskano istotne wartości przesunięcia częstotliwościowego oraz spadek amplitudy napięcia wyjściowego w polu magnetycznym.

EN

Dense lead lantanium zirconate titanate (PLZT) ceramics is typically used for the fabrication of high power piezoelectric devices. The replacement of a small amount of lanthanium ions with iron(III) ones into the PLZT structure (PLFZT) leads to a multiferroic material with both piezoelectric and magnetic properties. Powders of Pb0.91La0.09(Zr0.65Ti0.35)0.9775O3 and Pb0.91(La0.5Fe0.5)0.09(Zr0.65Ti0.35)0.9775O3 were prepared by direct solid state reaction, and the phase composition, microstructure, dielectric permittivity and dielectric loss were determined for the sintered materials. The PLFZT material was used to construct a piezoelectric transformer with magnetic feedback, which converted an electrical a.c. input voltage into ultrasonic vibrations, and reconverted them back to an output as a.c. voltage proportionally to the magnetic field intensity. In despite of relatively low electromagnetic feedback, a substantial shift of voltage frequency and a voltage drop were observed in the magnetic field.

18

Otrzymywanie i właściwości BaBi2Nb2O9 o strukturze typu Aurivilliusa

Adamczyk M., Osińska K., Kozielski L., Pawełczyk M.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 4

468-472

PL

BaBi2Nb2O9 (BBN) jest materiałem ferroelektrycznym, którego interesujące właściwości wynikają zarówno ze składu chemicznego, jak i ze specyficznej struktury typu Aurivilliusa. Te wielowarstwowe struktury wykazują wiele zalet w porównaniu do jednowarstwowej struktury typu perowskitu charakterystycznej dla wielu materiałów ferroelektrycznych. Można wśród nich wyróżnić większą anizotropię właściwości, wysokie stałe sprężystości oraz większą wytrzymałość. Proszki BBN zostały uzyskane przy użyciu metody zol-żel, a następnie zagęszczone dwoma sposobami: poprzez swobodne spiekanie oraz prasowanie na gorąco. Miało to na celu określenie wpływu parametrów tych procesów na strukturę oraz podstawowe właściwości otrzymanych materiałów takie jak gęstość, stechiometria i mikrostruktura oraz związane z nimi własności dielektryczne. Finalna analiza porównawcza efektywności obu zastosowanych metod stanowi kryterium ich aplikacji.

EN

BaBi2Nb2O9 (BBN) is a ferroelectric material which possesses many interesting properties, that are a consequence of not only its chemical composition, but also specific structure. Multilayer perovskite structures of Aurivilius type, to that BBN belongs, overweight the monolayer ones with better anisotropy, higher values of mechanical elastic coefficients and higher strength. Ceramics powders obtained in our experiment were produced taking advantage from the sol-gel method, and were densified with two methods, namely conventional pressureless sintering and hot pressing. Our main point was to make comparative analysis of chosen sintering routes on key BBN ceramics properties such as density, stoichiometry and microstructure and consequent dielectric properties to final application connected conclusions.

19

Magnetic and piezoelectric properties of magnetoelectric laminate transformer

Kozielski L., Adamczyk M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 4

1111-1117

EN

Modern electronic devices development steady trends toward miniaturization and multifunctionality. The application of such advanced devices is often realised by superimposing two different effects. In recent years, there was great interest shown in multiferroic materials in form laminated heterostructures taking advantage of mentioned superposition. In these stacked structured electric and magnetic properties are strain coupled leading to the possibility of controlling either magnetic polarization by application of electric fields or electric polarization by means of applied magnetic fields. In this paper novel construction of piezoelectric transformer was proposed with electric current induced magnetic field generation, without any coil or wires. This magnetoelectric laminate Piezoelectric Transformer from one layers of investigated piezoelectric material and second layer of commercial magnetostrictor was fabricated. This construction exhibits many interesting and unusual piezomagnetic properties and a demonstration of output voltage gain controlling via the application of magnetic field across the new heterostructure is presented.

PL

Rozwojowi nowoczesnych urządzeń elektronicznych nierozłącznie towarzyszy dążenie do ich miniaturyzacji. W przypadku obecności uzwojeń w takich aplikacjach, trend ten to przejawia się w ich eliminacji poprzez zastosowanie nowych rodzajów przekształcania energii. W artykule została przedstawiona i przetestowana praktycznie nowa konstrukcja transformatora piezoelektrycznego, również realizującego funkcje inteligentnego czujnika pola magnetycznego, generujacego napięcie wyjściowe proporcjonalne do natężenia tego pola. Zastosowano strukture wykorzystujaca materiał magnetostrykcyjny w podwójnej funkcji, do przewodzenia prądu i wytwarzania drgań mechanicznych, co pozwoli na polepszenie parametrów przetwarzania energii (m.in. małe straty układu, mały pobór mocy), zapewniając w ten sposób prosty sposób sterowania układem oraz obniżenie kosztów produkcji. Drugim celem tego artykułu jest dobór efektywnego materiału piezoelektrycznego do zastosowanie w sekcji wyjściowej proponowanej konstrukcji i finalne sprawdzenie jego działania.

20

Dielectric and mechanical properties of BaBi2(Nb0.99V0.01)2O9 Ceramics

Adamczyk M., Kozielski L., Pawełczyk M., Pilch M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 4

1163-1168

EN

The BBN ceramics doped by vanadium have been broadly recognized by using nano indentation techniques and ultrasound velocity and measurements. The results affirm that the vanadium admixture significantly improved the mechanical quality of ceramics. Such a small dopant doesn't change the dielectric properties, but we obtain visible increasing of the dielectric permittivity value and shifts the temperature of the ?max to higer values. The vanadium admixture decreased the diffusion degree ? as well as influenced on the parameters characteristic for the relaxor behaviour. Our suggestion is that partial substitution of the smaller vanadium ions into the niobium sites renders for example ordering of the dipoles.

PL

Własności mechaniczne ceramiki BBN domieszkowanej wanadem były szeroko badane przy użyciu zarówno techniki nanoindentacji, jak i pomiaru prędkości rozchodzenia się fal ultradźwiękowych w materiale. Otrzymane wyniki potwierdziły przypuszczenie, że domieszka wanadu znacznie poprawia własności mechaniczne ceramiki. Tak mała ilość domieszki nie wpływa w znaczący sposób na własności dielektryczne ceramiki, jednak wpływ ten jest zauważalny. Mianowicie wzrasta wartość maksymalna przenikalności dielektrycznej przy jednoczesnym przesunięciu odpowiadającej jej temperatury ku wyższym wartością. Ponadto domieszka wanadu powoduje zmniejszenie stopnia rozmycia przejścia fazowego oraz wpływa na własności relaksorowe ceramiki.