Ferroelektrik (1-x)BaTiO3-xBi(Li1/3Ti2/3)O3(0≤x≤0.2) sisteminin elektrokalorik özelliklerinin belirlenmesi

Abstract

Bu projede BaTiO3 bazlı iki farklı malzeme sisteminin sentezi, yapısal, dielektrik, ferroelektrik, elektrokalorik karakterizasyonları yapılarak, farklı mekanizmaların elektrokalorik etkiye etkisi ayrıntılı biçimde incelenmiştir. İlk olarak (1-x)BaTiO3-xBi(Li1/3Ti2/3O3) (0.02?x?0.08) sistemi çalışılmıştır. Bu sistemde literatürde gözlenen kabuk-çekirdek yapısının elektrokalorik etkinin mekanizmalarının anlaşılmasını engelleyeceği fikrinden hareketle, sinterleme öncesi parçacık boyutu yüksek enerjili bilyalı öğütücü yardımıyla düşürülerek difüzyonun daha hızlı gerçekleşmesi sağlanmış ve kabuk-çekirdek yapısı gözlenmemiştir. Sıcaklığa bağlı dielektrik ve ferroelektrik polarizasyon ölçümleri, bu sistemde kompozisyona göre değişen sıcaklıklarda ferroelektrik-antiferroelektrik ve antiferroelektrik-paraelektrik olmak üzere iki farklı faz geçişi olduğuna işaret etmektedir. Bu ilginç ve değişik faz geçişlerini doğrulamak için akım yoğunluğu-elektrik alan grafikleri çizdirilmiş ve gerinme elektrik alan ölçümleri yapılmıştır. Ferroelektrik antiferroelektrik faz geçiş sıcaklıklarında göreceli olarak yüksek elektrokalorik sıcaklık değişimleri gözlenmiştir (22 kV/cm elektrik alan altında yaklaşık 0.66 Kelvin). İkinci olarak ise faz diyagramı literatürdeki bir çalışmadan alınan Ba0.80Sr0.20Ti1-xZrxO3 (0?x?0.10) sistemi çalışılmıştır. Bu sistemde de faz diyagramındaki farklı bölgelerde çalışan farklı mekanizmaların elektrokalorik etkiyi nasıl etkilediği ortaya çıkarılmıştır. Elektrokalorik etki, faz geçişinin keskinliği (1. dereceden faz geçişi olup olmadığı), farklı ferroelektrik fazların bir arada olduğu noktalara yakınlık ve tane boyutu ile kontrol edilebilir. Bu projede en yüksek elektrokalorik etki perovskit yapının B pozisyonunda Zr içermeyen Ba0.80Sr0.20TiO3 örneğinde görülmüştür. Bunun nedeni bu kompozisyonunda faz geçişinin keskinliğidir. Zr katkısıyla faz geçişi yayvanlaşmış, fakat aynı zamanda farklı ferroelektrik fazların bir arada ya da yakın olduğu kompozisyonlar için elektrokalorik etki göreceli olarak yüksek çıkmıştır.