Piezoelectric response and figure of merit assessment in lead-free (Ba1-Sr )(Zr0·025Ti0.975)O3 ceramics with low-level Sr2+ substitutions

材料科学 四方晶系 陶瓷 压电 功勋 电介质 铁电性 微观结构 压电系数 矿物学 分析化学(期刊) 晶体结构 复合材料 结晶学 光电子学 化学 色谱法
作者
Nor Amalina Ahmad,Mohammad Hafizuddin Hj Jumali,Nor Huwaida Janil Jamil,Nur Solehah Ali,Zalita Zainuddin
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier]
卷期号:50 (13): 23560-23567
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2024.04.078
摘要

This study investigates the effects of low-level Sr2+ substitutions on the microstructures and electrical properties of BSZT ceramics with formula (Ba1-xSrx)(Zr0.025Ti0.975)O3. The ability of BSZT ceramics to convert energy is assessed based on the piezoelectric coefficient, d33 associated with the figure of merit (FOM). BSZT ceramics with 0.00 ≤ x ≤ 0.10 were sintered at 1350 °C for 2 h. The XRD measurement confirmed the formation of a single-crystalline phase in all ceramics. All ceramics stabilized in tetragonal crystal structures with progressive decline in tetragonality. It was found that the ceramic with low-level Sr2+ substitutions demonstrated excellent dielectric, piezoelectric and ferroelectric behaviours before gradually deteriorated at higher contents. Systematic deviation of Sr2+ atomic percentage signified broad dielectric curves compared to pristine Ba(Zr0.025Ti0.975)O3. A significant increase of remnant polarization, Pr value (11.21 ± 0.12 μC/cm2) was recorded when x = 0.02, in line with its highest as-sintered density and tetragonality. High d33 and low ε33 values contributed to an optimum value of piezoelectric voltage, g33 coefficient. Consequently, a high FOM comparable to PZT was obtained. The current work successfully demonstrated the preparation of lead-free ceramics based on BaTiO3 with great potential for energy conversion applications.
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