1 NỘI DUNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 10 1.1 Tính chất sắt điện vật liệu 10 1.1.1 Cấu trúc vật liệu 10 1.1.2 Khái quát tính sắt điện 12 1.1.3 Domain sắt điện 14 1.1.4 Phân cực sắt điện 18 1.1.5 Chu trình điện trễ quay véc-tơ phân cực 19 1.2 Tính chất áp điện vật liệu 22 1.2.1 Hiệu ứng áp điện số thông số áp điện quan trọng 22 1.2.2 Phương trình trạng thái mô tả hiệu ứng áp điện 25 1.2.3 Đường cong biến dạng gây điện trường 27 1.3 Biên pha hình thái học hệ dung dịch rắn sắt điện kiểu perovskite 29 1.3.1 Khái niệm MPB chất sắt điện 29 1.3.2 Năng lượng tự Landau-Devonshire 32 1.3.3 Đường cong điện trễ P-E lân cận biên pha hình thái học 32 1.4 Vật liệu sắt điện không chì BNKT 37 1.4.1 Lịch sử phát triển vật liệu sắt điện 37 1.4.2 Cấu trúc tinh thể vật liệu BNKT biên pha hình thái (MPB) 39 1.4.3 Một số tính chất gốm BNKT vùng biên pha hình thái 40 1.4.4 Một số phương pháp sử dụng để chế tạo vật liệu BNKT 42 1.4.5 Ảnh hưởng pha tạp lên tính chất gốm áp điện không chì Bi0,5(NaK)0,5TiO3 43 1.5 Kết luận chương 51 CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 52 2.1 Chế tạo gốm áp điện phương pháp phản ứng pha rắn 52 2.2 Chế tạo màng sắt điện phương pháp quay phủ sol-gel 54 2.2.1 Quy trình chế tạo màng phương pháp quay phủ sol-gel 55 2.2.2 Quy trình tạo sol 56 2.2.3 Quy trình tạo gel tinh thể hoá tạo màng BNKT 58 2.2.4 Quy trình chế tạo điện cực cho màng BNKT20 59 2.3 Các phương pháp khảo sát cấu trúc tính chất vật liệu 61 2.3.1 Khảo sát cấu trúc tinh thể phương pháp nhiễu xạ tia X 61 2.3.2 Phương pháp đo phổ tán xạ Raman 63 2.3.3 Phương pháp đo phổ hấp thụ 64 2.3.4 Các phương pháp đo tính chất điện vật liệu 65 2.3.5 Phương pháp đo tính chất áp điện vật liệu 70 2.4 Kết luận chương 71 CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA GỐM Bi0,5(NaK)0,5(Ti0,95Sn0,05)O3 PHA TẠP Li 72 3.1 Hình thái bề mặt gốm BNKTS-xLi 72 3.2 Cấu trúc tinh thể gốm BNKTS-xLi 73 3.3 Phổ Raman gốm BNKTS-xLi 75 3.4 Phổ hấp thụ UV-vis gốm BNKTS-xLi 77 3.5 Tính chất sắt điện gốm BNKTS-xLi 80 3.6 Tính chất áp điện gốm BNKTS-xLi 82 3.7 Phổ trở kháng phức gốm BNKTS-xLi 85 3.8 Kết luận chương 92 CHƯƠNG 4: CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA GỐM Bi0,5(NaK)0,5(Ti0,97Zr0,03)O3 PHA TẠP Li 94 4.1 Khối lượng riêng gốm BNKTZ–xLi 94 4.2 Hình thái bề mặt gốm BNKTZ–xLi 96 4.3 Cấu trúc gốm BNKTZ–xLi 97 4.4 Phổ hấp thụ UV-vis gốm BNKTZ–xLi 99 4.5 Tính chất sắt điện gốm BNKTZ–xLi 100 4.6 Đáp ứng điện môi gốm BNKTZ–xLi 102 4.7 Tính chất áp điện gốm BNKTZ–xLi 104 4.8 Kết luận chương 106 CHƯƠNG 5: TÍNH CHẤT CỦA MÀNG SẮT ĐIỆN KHÔNG CHÌ Bi0,5(Na0,80K0,20)0,5TiO3 TỔNG HỢP BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUAY PHỦ SOLGEL 107 5.1 Cấu trúc tinh thể màng BNKT20 107 5.2 Hình thái bề mặt màng BNKT20 108 5.3 Ảnh hưởng độ dày lên tính chất sắt điện màng BNKT20 110 5.4 Cơ chế dòng dò tụ màng sắt điện BNKT20 116 5.5 Kết luận chương 121 KẾT LUẬN 122 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 MỞ ĐẦU Vật liệu điện môi – sắt điện cấu trúc perovskite ABO3 (A – đất hiếm, B – kim loại chuyển tiếp) ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp điện tử có vai trò quan trọng phát triển xã hội loài người đại Vật liệu sắt điện thường sử dụng thiết bị nhớ, biến áp điện hay cảm biến nhờ khả nhạy với biến đổi cơ, nhiệt, điện v.v thông qua thay đổi mật độ điện tích tác dụng ứng suất học biến dạng học tác dụng điện trường [96], [140], [138], [106] Ngoài ra, đặt điện trường ngoài, vật liệu sắt điện thể đặc trưng điện môi phi tuyến mạnh, chúng sử dụng thiết bị chuyển pha, hay lọc tần số công nghệ truyền thông [56] Vật liệu sắt điện truyền thống Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) độc chiếm nhiều ngành công nghiệp quan trọng tính chất áp điện trội Với đặc trưng áp điện, sắt điện điện môi tốt, vật liệu PZT phong phú ứng dụng, từ phát siêu âm dạng khối bể rửa siêu âm tới cảm biến vi có cấu trúc micromet v.v Theo kết nghiên cứu nhóm W Jo cộng thị trường vật liệu năm 2014 đạt khoảng 12,29 triệu USD, mảng vật liệu khối PZT chiếm khoảng 94,5% thị phần sử dụng [78] Kết khảo sát khẳng định nhu cầu sử dụng vật liệu PZT ứng dụng vô lớn Tuy nhiên, vật liệu PZT có nhược điểm hàm lượng nguyên tố chì (Pb) chiếm khoảng 60% khối lượng Trong trình chế tạo, sử dụng tái chế, nguyên tố Pb bay hơi, khuếch tán vào môi trường làm ảnh hưởng tới môi trường sống sức khỏe người nhiễm độc chì cách trực tiếp gián tiếp Theo báo cáo Trung tâm Đào tạo đạo Bệnh viện Bạch Mai, biểu nhiễm độc chì cấp tính người lớn ảnh hưởng tới thần kinh trung ương, dẫn tới tình trạng lơ mơ, lẫn lộn, trí v.v, biểu nhiễm độc chì mãn tính thể tình trạng tăng huyết áp, rối loạn chức thận đục thủy tinh thể v.v Đối với trẻ em, tình trạng nhiễm độc chì không biểu rõ ràng, mà thể âm thầm qua chậm phát triển trí tuệ thể chất, giảm khả nghe, có hành vi hăng, bạo lực v.v Sự độc hại nguyên tố chì môi trường sức khỏe người quan tâm rộng rãi qua hàng loạt văn hướng dẫn liên quan Ủy ban Châu Âu, Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc v.v tới việc chế tạo, sử dụng tái chế linh kiện điện tử có chứa Pb ban hành [138] Các văn thúc đẩy nhà khoa học nghiên cứu phát triển vật liệu nhằm thay cho PZT Các vật liệu phải đáp ứng điều kiện thân thiện với môi trường sức khỏe người sử dụng đảm bảo yêu cầu tính chất đặc trưng vật liệu việc chế tạo linh kiện Mặc dù văn ban hành từ năm đầu kỷ 20, thời điểm này, theo thống kê nhóm W Jo cộng sự, vật liệu sắt điện không chứa chì chứa thị phần nhỏ (khoảng 1%) thị trường vật liệu sắt điện [78] Do đó, việc phát triển vật liệu sắt điện không chì hứa hẹn thị trường rộng lớn thay cho linh kiện điện tử sử dụng vật liệu PZT truyền thống Hiện Việt Nam, vật liệu sắt điện quan tâm nghiên cứu số trung tâm nghiên cứu lớn Điển hình, nhóm TS Trương Văn Chương Đại học Huế nghiên cứu ứng dụng vật liệu PZT Nhóm PGS Lê Văn Hồng, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam nghiên cứu hệ gốm PZT, BFO, BTO [4, 5] Với mạnh nghiên cứu ứng dụng, nhóm GS Nguyễn Hữu Đức, PGS Phạm Đức Thắng, PGS Đỗ Thị Hương Giang, trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN nghiên cứu ứng dụng đa pha sắt điệnsắt từ vật liệu PZT vật liệu từ giảo cho cảm biến Đặc biệt, hướng dẫn PGS Vũ Ngọc Hùng, nhóm MEMS Viện ITIMS, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội có thời gian dài nghiên cứu ứng dụng màng mỏng PZT cho cảm biến sinh học [122-125] Tuy nhiên, nghiên cứu chủ yếu tập trung nghiên cứu định hướng ứng dụng dựa vật liệu chứa chì PZT Các sản phẩm sử dụng linh kiện điện tử loại gặp rào cản mặt pháp lý dẫn tới khó, thâm nhập vào thị trường tiềm EU, Mỹ, Nhật, Hàn Quốc v.v Nhất giai đoạn Việt Nam phát triển hợp tác song phương, đa phương với nước tổ chức thương mại giới Do đó, việc nghiên cứu phát triển vật liệu gốm áp điện không chì nhằm thay cho vật liệu gốm sắt điện chứa chì thuyền thống PZT yêu cầu tất yếu Hiện nay, vật liệu sắt điện Bi đặc biệt quan tâm ứng cử viên thân thiện môi trường sánh ngang với vật liệu PZT truyền thống ion Bi3+ giống với Pb2+, có khả phân cực mạnh [10, 168] Với việc thể tính chất áp điện tối ưu lân cận biên pha hình thái (MPB) pha mặt thoi (R3c) pha tứ giác (P4mm) [112], hệ BNT-BKT (BNKT) vật liệu không chì có tính chất gần với PZT nhất, với độ phân cực dư Pr 38 µC/cm2, hệ số áp điện d33 167 pC/N, hệ số ghép điện k33 cỡ 0,56 [209] Hơn nữa, kết nghiên cứu hệ số biến dạng gây điện trường BNKT (hệ số chuyển đổi điện-cơ, Smax/Emax) tăng cường mạnh tiến hành pha tạp dạng dung dịch rắn với số vật liệu có cấu trúc perovskite khác [140] Cụ thể, tác giả N Binh cộng cho với việc thay vị trí Ti4+ mol.% Ta+5, gốm Bi0,5(Na0,82K0,18)0,5TiO3 cải thiện đáng kể hệ số dẫn nạp áp điện Smax/Emax từ 233 pm/V tới 566 pm/V [15] Ngoài ra, nhờ việc thay mol.% Nb5+ vào vị trí ion Ti4+, tác giả K Nam cộng cải thiện hệ số áp điện lên tới 641 pm/V [112] Một điều thú vị, tác giả V Quyet cộng cải thiện hệ số Smax/Emax lên tới 727 pm/V đồng pha tạp Li Ta gốm BNKT [140] Ngoài ra, gốm [Bi0,5(Na1-x-yKxLiy)0,5]TiO3 thể tính chất tốt với hệ số áp điện d33 cực đại khoảng 231 pC/N, hệ số ghép điện theo mặt phẳng kp bề dày kt tương ứng 41,0% 50,5%, độ phân cực dư Pr = 40,2 μC/cm2, trường điện kháng EC thấp khoảng 2,47 kV/mm [100] Những kết cho thấy tính chất vật liệu sắt điện không chì Bi0,5(Na,K)0,5TiO3 tiệm cận với tính chất vật liệu PZT mềm [138] Về mặt học thuật, hệ số biến dạng gây điện trường vật liệu BNKT so sánh với vật liệu thương mại PZT (PIC255), nhiên chế làm tăng cường hệ số Smax/Emax nhiều điều chưa sáng tỏ Kết nghiên cứu A Moosavi cộng tính chất áp điện vật liệu thể mạnh biên pha hình thái học [109] Hệ số Smax/Emax tăng cường lớn pha tạp dạng dung dịch rắn với số vật liệu sắt điện có cấu trúc perovskite Kết dự đoán biến dạng cấu trúc xuất phát từ khác biệt bán kính ion nguyên tố pha tạp với vật liệu gốc [66], chuyển pha từ phân cực sang không phân cực [90] Các biện luận chủ yếu dựa thay đổi hệ số cấu trúc (tolerance factor), giới thiệu lần năm 1927 M Goldschmidt [52] Tuy nhiên, hệ số cấu trúc đánh giá vật liệu có cấu trúc perovskite hay cấu trúc perovskite không cho biết vật liệu có cấu trúc tứ giác, mặt thoi, lập phương hay trực thoi [138] Chính sở lập luận phần làm hạn chế định hướng nghiên cứu khiến cho công thức pha tạp trở nên phức tạp [138] Như vậy, vấn đề đặt cấu trúc tiếp tục biến đổi hệ số cấu trúc tiếp tục thay đổi, điều xảy ta pha tạp nguyên tố khác pha cấu trúc dạng giả lập phương? Trong báo cáo A Hussain cộng rằng, thay hàm lượng nhỏ Zr vào vị trí Ti hệ số biến dạng Smax/Emax tăng cường đạt giá trị lớn hàm lượng Zr khoảng mol.% [66] A Hussain giải thích biến dạng cấu trúc pha tạp nguyên nhân gây nên tăng cường độ biến dạng tác dụng điện trường [66] Trong đó, S Lee cộng lại khẳng định tăng cường hệ số Smax/Emax thay Sn vào vị trí Ti bắt nguồn từ chuyển pha từ phân cực (tứ giác mặt thoi) sang không phân cực (giả lập phương) [90] Do đó, tượng chế xảy vị trí A Na thay nguyên tố khác hàm lượng Zr Sn thay vị trí Ti giữ cố định giá trị tối ưu? Chính đòi hỏi cấp bách thực tế mặt định hướng ứng dụng mặt học thuật, chọn đề tài: “Nghiên cứu tính chất vật liệu sắt điện không chứa chì Bi0,5(NaK)0,5TiO3 (BNKT) pha tạp Li dạng khối BNKT20 dạng màng‘‘ Mục tiêu luận án: - Tổng hợp hai hệ gốm áp điện không chì BNKT đồng pha tạp Li, Sn BNKT đồng pha tạp Li, Zr phương pháp phản ứng pha rắn Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ pha tạp lên cấu trúc, tính chất sắt điện, tính chất áp điện tính chất quang vật liệu Trên sở giải thích kết thực nghiệm mô hình lý thuyết phù hợp, luận án đánh giá chế tăng cường tính chất sắt điện tính chất áp điện vật liệu, từ rút - phương hướng tối ưu nhằm nâng cao tính chất vật liệu Tổng hợp thành công màng sắt điện không chì Bi0,5(Na0,80K0,20)0,5TiO3 (BNKT20) phương pháp quay phủ sol-gel nghiên cứu ảnh hưởng độ dày lên tính chất sắt điện độ dẫn màng Đối tượng nghiên cứu luận án: - Hệ gốm áp điện không chì Bi0,5(Na0,82-xLixK0,18)0,5(Ti0,95Sn0,05)O3 (BNKTS-xLi) với nồng độ Li thay thế, x từ 0,00 đến 0,05 Hệ gốm áp điện không chì Bi0,5(Na0,78-xLixK0,22)0,5(Ti0,97Zr0,03)O3 (BNKTZ–xLi) - với nồng độ Li thay thế, x từ 0,00 đến 0,05 Màng sắt điện không chì Bi0,5(Na0,80K0,20)0,5TiO3 (BNKT20) - Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu: - Cách tiếp cận nghiên cứu vận dụng mô hình lý thuyết kết thực nghiệm công trình công bố tạp chí uy tín để tối ưu hóa quy trình công nghệ, phân tích đánh giá kết đạt - Phương pháp nghiên cứu luận án phương pháp thực nghiệm Sau chế tạo thành công vật liệu tiến hành khảo sát cấu trúc, đo đạc tính chất sắt điện, tính chất áp điện tính chất quang vật liệu sau phân tích đánh giá kết thu Nội dung luận án: - Khảo sát cấu trúc, phân tích pha tinh thể sở phân tích liệu nhiễu xạ tia X phổ tán xạ Raman - Khảo sát ảnh hưởng nồng độ pha tạp lên tính chất sắt điện, tính chất áp điện, tính chất quang học vật liệu, từ tìm nồng độ pha tạp tối ưu để vật liệu - cho tính chất tốt Tổng hợp màng sắt điện không chì BNKT20 phương pháp quay phủ solgel khảo sát ảnh hưởng độ dày màng lên tính chất sắt điện tính dẫn màng Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án: - Luận án công trình nghiên cứu khoa học có định hướng ứng dụng Đối tượng nghiên cứu luận án vật liệu sắt điện không chì BNKT dự báo thay cho vật liệu sắt điện chì PZT - - Luận án giải thích cách rõ ràng chế chuyển pha cấu trúc gốm BNKT nồng độ pha tạp tăng Luận án làm sáng tỏ mối quan hệ khăng khít chuyển pha cấu trúc với thay đổi tính chất sắt điện, tính chất áp điện tính chất quang học vật liệu BNKT Trên sở luận án đưa phương hướng để cải thiện tính chất áp điện vật liệu BNKT Bố cục luận án: Luận án trình bày 125 trang (không kể phần mục lục danh mục tài liệu tham khảo) với cấu trúc gồm có: Mở đầu: Giới thiệu lý chọn đề tài, đối tượng nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu nội dung nghiên cứu luận án Chương 1: Tổng quan Chương 2: Các kỹ thuật thực nghiệm Chương 3: Cấu trúc tính chất gốm Bi0,5(NaK)0,5(Ti0,95Sn0,05)O3 pha tạp Li Chương 4: Cấu trúc tính chất gốm Bi0,5(NaK)0,5(Ti0,97Zr0,03)O3 pha tạp Li Chương 5: Tính chất màng sắt điện không chì Bi0,5(Na0,80K0,20)0,5TiO3 tổng hợp phương pháp quay phủ sol-gel Kết luận: Trình bày tóm lược kết luận án Các kết luận án công bố 09 công trình khoa học (trong có 03 báo đăng tạp chí chuyên ngành quốc tế ISI, 01 báo đăng tạp chí khoa học chuyên ngành nước, 05 báo cáo Hội nghị nước quốc tế) 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Vật liệu sắt điện không chì Bi0,5(NaK)0,5TiO3 (BNKT) thu hút mạnh mẽ ý nhà khoa học tính chất sắt điện, tính chất áp điện số điện môi cao Nguồn gốc gây nên hệ số biến dạng lớn vật liệu sắt điện tìm thấy biên pha hình thái chuyển pha từ pha tứ giác sang pha hình thoi hay chế quay domain Các tạp chất pha ABO3 thứ hai có vai trò dung dịch rắn làm thay đổi cấu trúc tinh thể, tạo sai hỏng dẫn đến cải thiện tính chất áp điện Chương trình bày tổng quan sở lý thuyết tính chất vật liệu sắt điện, tình hình phát triển ảnh hưởng tạp chất pha perovskite ABO3 lên tính chất vật liệu BNKT Phần thảo luận tập trung vào vai trò tạp chất đến tính chất áp điện BNKT Kết mở phương hướng để nâng cao tính chất vật liệu sắt điện không chì 1.1 Tính chất sắt điện vật liệu 1.1.1 Cấu trúc vật liệu Cho dù vật liệu tinh thể, màng mỏng, đa tinh thể hay vật liệu vô định hình, cấu trúc vật liệu ảnh hưởng đến tính chất Theo nguyên lý Neumann số tính chất (như số điện môi, hệ số đàn hồi, hệ số điện giảo) diện tất vật liệu đặc trưng khác (như tượng áp điện hỏa điện) tồn vật liệu với kiểu đối xứng xác định [8] Ngoài ra, tính đối xứng làm giảm đáng kể số lượng thành phần độc lập khác không tenxơ tính chất Những tham số thường thể qua 32 nhóm điểm tinh thể Hiệu ứng áp điện hiệu ứng khác mô tả tenxơ hạng lẻ không xuất vật liệu có kiểu tinh thể thuộc 11 nhóm đối xứng tâm nhóm điểm 432 không đối xứng tâm tính đối xứng cấu trúc Những nhóm điểm thuộc 20 nhóm không đối xứng tâm lại cho hiệu ứng áp điện Hai mươi nhóm điểm gọi nhóm điểm áp điện Mười nhóm điểm áp điện có trục phân cực cho véctơ phân cực tự phát (Ps) hiệu ứng áp điện dọc theo trục điều kiện điện trường 126 N D Quan, N V Quyet, L H Bac, D V Thiet, V N Hung, and D D Dung (2015) Structural, ferroelectric, optical properties of A-site-modified Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5Ti0.97Zr0.03O3 lead-free piezoceramics Journal of Physics and Chemistry of Solids 77, pp 62-67 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Bùi Thị Huyền (2011) Nghiên cứu tính chất sắt điện màng mỏng PZT dị lớp Luận văn thạc sỹ khoa học, Hà Nội Nguyễn Văn Đăng (2012) Chế tạo nghiên cứu tính chất perovskite ABO3 (BaTi1-xFexO3 BaTi1-x MnxO3) Luận án tiến sỹ, Hà Nội Thân Trọng Huy (2014) Nghiên cứu chế tạo tính chất gốm áp điện [(1x)Pb(Zr,Ti)O3 + xPb(Mn1/3Nb2/3)O3], x = ÷ 12%mol (PZT-PMnN) pha tạp La Luận án Tiến sỹ, Hà Nội Thân T H., Chương T V., Hồng L V and Luận N Đ T (2009) Chế tạo tính chất sắt điện, áp điện gốm PZT-PMnN Kỷ yếu hội nghị Vật lý chất rắn khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS-2009), tr 389-393 Thân T H., Luận N Đ T., Chương T V and Hồng L V (2012) Nghiên cứu biên pha hình thái hệ gốm áp điện PZT – PMnSbN Tạp chí Khoa học Công nghệ 50 (4), tr 535-543 Tiếng Anh: 10 11 12 13 Aksel E., Forrester J S., Jones J L., Thomas P A., Page K and Suchomel M R (2011) Monoclinic crystal structure of polycrystalline Na0.5Bi0.5TiO3 Applied Physics Letters 98(15), p 152901 Arlt G (1990) Twinning in ferroelectric and ferroelastic ceramics: stress relief J.Mater.Sci 25(6), pp 2655-2666 Arlta G and Neumanna H (1988) Internal bias in ferroelectric ceramics: Origin and time dependence Ferroelectrics 87, p 109 Badapanda T., Rout S K., Cavalcante L S., Sczancoski J C., Panigrahi S., Longo E and Li M S (2009) Optical and dielectric relaxor behaviour of Ba(Zr0.25Ti0.75)O3 ceramic explained by means of distorted clusters Journal of Physics D: Applied Physics 42(17), p 175414 Baettig P S., Schelle C F., LeSar R., Waghmare U V and Spaldin a N A (2005) Theoretical prediction of new high-performance, lead-free piezoelectrics Chem Mater 17, p 1376 Bellaiche L and Vanderbilt D (1999) Intrinsic Piezoelectric Response in Perovskite Alloys: PMN-PT versus PZT Physical Review Letters 83(7), pp 13471350 Bichurin M., Petrov V., Zakharov A., Kovalenko D., Yang S C., Maurya D., Bedekar V and Priya S (2011) Magnetoelectric Interactions in Lead-Based and Lead-Free Composites Materials 4(12), pp 651-702 Binh D N., Jang H D., Hong I., Han H S., Le D T., Tai W P and Lee J S (2012) Low temperature sintering of lead-free Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3 piezoelectric ceramics by co-doping with CuO and Nb2O5 Ceramics International 38, pp S359S362 128 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Binh D N., Lee H.-B., Le D T., Jeong S.-K., Kim I.-W., Tai W.-P and Lee J.-S (2011) Electric field-induced strain of lead-free Bi0.5Na0.5TiO3–Bi0.5K0.5TiO3 ceramics modified with LiTaO3 Current Applied Physics 11(3), pp S134-S137 Binh D N., Lee H.-B., Yoon C.-H., Kang J.-K., Lee J.-S and Kim I.-W (2011) Effect of Ta-Substitution on the Ferroelectric and Piezoelectric Properties of Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3 Ceramics Transactions on Electrical and Electronic Materials 12(2), pp 64-67 Bonora P L., Deflorian F and Fedrizzi L (1996) Electrochemical impedance spectroscopy as a tool for investigating underpaint corrosion Electrochim Acta 41, p 1073 Buhrer C F (1962) Some properties of bismuth perovskites J Chem Phys 36, pp 798-803 Burfoot J C and Taylor G W (1979 ), Polar Dielectrics and Their Applications, Macmillan, London Cao W and Cross L E (1993) Theoretical Model for the Morphotropic Phase Boundary in Lead Zirconate-Lead Titanate Solid Solution Phys Rev B 47, p 4285 Caspari M E and Merz W J (1950) The Electromechanical Behavior of BaTiO3 Single-Domain Crystals Physical Review 80(6), pp 1082-1089 Cox D E., Noheda B., Shirane G., Uesu Y., Fujishiro K and Yamada Y (2001) Universal phase diagram for high-piezoelectric perovskite systems Applied Physics Letters 79(3), p 400 Cross L E (1987) Relaxor Ferroelectrics Ferroelectrics 76(1), pp 241 - 267 Cross L E (1993), Ferroelectric Ceramics Tayloring Properties for Specific Applications, Ferroelectric Ceramics, Birkhauser Verlag, Basel Cross L E (1993 ), Ferroelectric ceramics: tailoring properties for specific applications, Birkhauser Verlag Basel, Monte Verità Cross L E (2004), Materials Science:Lead-Free at Last, Vol 432, Nature, London Chen P.-Y., Chou C.-C., Tseng T.-Y and Chen H (2010) Correlation of Microstructures and Conductivities of Ferroelectric Ceramics Using Complex Impedance Spectroscopy Japanese Journal of Applied Physics 49(6), p 061505 Chen P.-Y., Chou C.-C., Tseng T.-Y and Chen H (2010) Second Phase and Defect Formation in Bi0.5Na0.5-xKxTiO3 Ceramics Japanese Journal of Applied Physics 49(6), p 061506 Chen X., Liao Y and Wang H (2010) Phase structure and electric properties of Bi0.5(Na0.825K0.175)0.5TiO3 ceramics prepared by a sol-gel method Journal of Alloys and Compounds 493(1-2), pp 368–371 Chen Y Q., Zheng X J and Li W (2010) Size effect of mechanical behavior for lead-free (Na0.82K0.18)0.5Bi0.5TiO3 nanofibers by nanoindentation Materials Science and Engineering A 527, pp 5462–5466 Chen Z.-H., Ding J.-N., Mei L., Yuan N.-Y and Zhang W.-W (2011) Piezoelectric and Dielectric Properties of Dy2O3-Doped Bi0.5 (Na0.82K0.18)0.5TiO3 Lead-Free Ceramics Ferroelectrics 425(1), pp 63-71 Chentir M.-T., Bouyssou E., Ventura L and Anceau C (2009) Leakage current evolution versus dielectric thickness in lead zirconate titanate thin film capacitors Journal of Applied Physics 105(6), p 061605 D.Y.Wang, Lin D M., S.Wong K., Kwok K W., J.Y.Dai and Chan H L W (2008) Piezoresponse and ferroelectric properties of lead-free 129 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 [Bi0.5(Na0.7K0.2Li0.1)0.5]TiO3 thin films by pulsed laser deposition Applied Physics Letters 92(22), p 222909 Dai X., DiGiovanni A and Viehland D (1993) Dielectric properties of tetragonal lanthanum modified lead zirconate titanate ceramics Journal of Applied Physics 74(5), pp 3399-3405 Damjanovic D (1998) Ferroelectric, dielectric and piezoelectric properties of ferroelectric thin films and ceramics Rep Prog Phys 61 pp 1267–1324 Devonshire A F (1949) XCVI Theory of barium titanate The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 40(309), pp 10401063 Devonshire A F (1951) CIX Theory of barium titanate—Part II The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 42(333), pp 1065-1079 DiDomenico M., Wemple S H., Porto S P S and Bauman R P (1968) Raman Spectrum of Single-Domain BaTiO3 Physical Review 174(2), pp 522-530 Dinh T H., Lee H.-Y., Yoon C.-H., Malik R A., Kong Y.-M., Lee J.-S and Tran V D N (2013) Effect of lanthanum doping on the structural, ferroelectric, and strain properties of Bi1/2(Na0.82K0.18)1/2TiO3 lead-free ceramics Journal of the Korean Physical Society 62(7), pp 1004-1008 Dittmer R., Jo W., Daniels J., Schaab S., Rödel J and Johnson D W (2011) Relaxor Characteristics of Morphotropic Phase Boundary (Bi1/2Na1/2)TiO3(Bi1/2K1/2)TiO3 Modified with Bi(Zn1/2Ti1/2)O3 Journal of the American Ceramic Society 94(12), pp 4283-4290 Dobal P S., Dixit A., Katiyar R S., Yu Z., Guo R and Bhalla A S (2001) MicroRaman scattering and dielectric investigations of phase transition behavior in the BaTiO3–BaZrO3 system Journal of Applied Physics 89(12), p 8085 Eitel R E., Clive A R., Thomas R S., Paul W R., Wes H and Seung-Eek P (2001) New High Temperature Morphotropic Phase Boundary Piezoelectrics Based on Bi(Me)O –PbTiO Ceramics Japanese Journal of Applied Physics 40(10R), p 5999 Elkechai O., Manier M and Mercurio J P (1996) Na0.5Bi0.5TiO3–K0.5Bi0.5TiO3 (NBT-KBT) system: A structural and electrical study physica status solidi (a) 157(2), pp 499-506 Fan G., Lu W., Wang X and Liang F (2007) Morphotropic phase boundary and piezoelectric properties of (Bi1∕2Na1∕2)TiO3–(Bi1∕2K1∕2)TiO3–KNbO3 lead-free piezoelectric ceramics Applied Physics Letters 91(20), p 202908 Fousek J and Janovec V (1969) The Orientation of Domain Walls in Twinned Ferroelectric Crystals Journal of Applied Physics 40(1), pp 135-142 Fridkin B M (1980), Ferroelectric Semiconductors, Consultants Bureau, New York Fu P., Xu Z., Chu R., Li W., Wang W and Liu Y (2012) Gd2O3 doped 0.82Bi0.5Na0.5TiO3–0.18Bi0.5K0.5TiO3 lead-free piezoelectric ceramics Materials & Design 35, pp 276-280 Fu P., Xu Z., Chu R., Li W., Xie Q and Zang G (2011) Effects of Eu2O3 on the structure and electrical properties of 0.82Bi0.5Na0.5TiO3–0.18Bi0.5K0.5TiO3 lead-free piezoelectric ceramics Current Applied Physics 11(3), pp 822-826 Fu P., Xu Z., Chu R., Wu X., Li W and Zhang H (2012) Structure and electrical properties of the Ho2O3 doped 0.82Bi0.5Na0.5TiO3–0.18Bi0.5K0.5TiO3 lead-free piezoelectric ceramics Journal of Materials Science: Materials in Electronics 23(12), pp 2167-2172 130 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 Fu P., Xu Z., Zhang H., Chu R., Li W and Zhao M (2012) Structure and electrical properties of Er2O3 doped 0.82Bi0.5Na0.5TiO3–0.18Bi0.5K0.5TiO3 lead-free piezoelectric ceramics Materials & Design 40, pp 373-377 Fujita K and Ishibashi Y (1997) Phase-diagrams in successive phase-transition in ferroelectrics with perovskite-type structure - case of the first-order transitions from the cubic phase Jpn J Appl Phys 36, pp 5214-5218 Gerhardt R (1994) Impedance and dielectric spectroscopy revisited: Distinguishing localized relaxation from long-range conductivity Journal of Physics and Chemistry of Solids 55(12), pp 1491–1506 Goldschmidt V M (1927) Krystallbau und chemische Zusammensetzung Ber Dtsch Chem Ges 60(5), pp 1263–1268 Grinberg I., Suchomel M R., Davies P K and Rappe A M (2005) Predicting morphotropic phase boundary locations and transition temperatures in Pb- and Bibased perovskite solid solutions from crystal chemical data and first-principles calculations Journal of Applied Physics 98(9), p 094111 Guo R., Cross L E., Park S E., Noheda B., Cox D E and Shirane G (2000) Origin of the High Piezoelectric Response in PbZr1-xTixO3 Physical Review Letters 84(23), pp 5423-5426 Gibbs G V., Hill F C., Boisen M B and Downs R T (1998) Power law relationships between bond length, bond strength and electron density distributions Phys Chem Minerals 25, p 585±590 Haertling G H (1999) Ferroelectric Ceramics: History and Technology J Am Ceram Soc 82(4), p 797 Han H.-S., Ahn C.-W., Kim I W., Hussain A and Lee J.-S (2012) Destabilization of ferroelectric order in bismuth perovskite ceramics by A-site vacancies Materials Letters 70, pp 98-100 Han H.-S., Do N.-B., Pham K.-N., Jang H.-D., Tran V D N., Tai W.-P and Lee J.S (2011) Sintering Behaviour and Piezoelectric Properties of CuO-Added LeadFree Bi(Na,K)TiO3 Ceramics Ferroelectrics 421(1), pp 88-91 Haun M J., Furman E., Jang S J and Cross L E (1989) Thermodynamic theory of the lead zirconate-titanate solid solution system, part I: Phenomenology Ferroelectrics 99(1), pp 13-25 Haun M J., Furman E., Jang S J., McKinstry H A and Cross L E (1987) Thermodynamic theory of PbTiO3 Journal of Applied Physics 62 (8), pp 33313338 Haun M J., Zhuang Z Q., Furman E., Jang S J and Cross L E (1989) Electrostrictive Properties of the lead Zirconate Titanate Solid-Solution System J Am Ceram Soc 72, p 1140 Hiruma Y., Yoshii K., Nagata H and Takenaka T (2008) Phase transition temperature and electrical properties of (Bi1∕2Na1∕2)TiO3–(Bi1∕2A1∕2)TiO3 (A=Li and K) lead-free ferroelectric ceramics J Appl Phys 103, pp 084-121 Hong I K., Han H S., Yoon C H., Ji H N., Tai W P and Lee J S (2012) Strain enhancement in lead-free Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3 ceramics by CaZrO3 substitution Journal of Intelligent Material Systems and Structures 24(11), pp 1343-1349 Hou Y.-D., Chang L.-M., Zhu M.-K., Song X.-M and Yan H (2007) Effect of Li2CO3 addition on the dielectric and piezoelectric responses in the lowtemperature sintered 0.5PZN–0.5PZT systems Journal of Applied Physics 102(8), p 084507 Hu H., Zhu M., Hou Y and Yan H (2009) Dielectric, piezoelectric, and ferroelectric properties of MnCO3-added 74(Bi1/2Na1/2) TiO3-20.8(Bi1/2K1/2)TiO3- 131 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 5.2BaTiO3 lead-free piezoelectric ceramics IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control 56(5), pp 897-905 Hussain A., Ahn C W., Lee J S., Ullah A and Kim I W (2010) Large electricfield-induced strain in Zr-modified lead-free Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3 piezoelectric ceramics Sensors and Actuators A: Physical 158(1), pp 84-89 Hussain A., Ahn C W., Ullah A., Lee J S and Kim I W (2010) Effects of Hafnium Substitution on Dielectric and Electromechanical Properties of Lead-free Bi 0.5 (Na 0.78 K 0.22 ) 0.5 (Ti 1- x Hf x )O Ceramics Japanese Journal of Applied Physics 49(4R), p 041504 Hussain A., Ahn C W., Ullah A., Lee J S and Kim I W (2012) Dielectric, ferroelectric and field-induced strain behavior of K0.5Na0.5NbO3-modified Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3 lead-free ceramics Ceramics International 38(5), pp 4143-4149 Iaffe B., Roth R S and Marzullo S (1955) Properties of Piezoelectric Ceramics in the Solid-Solution Series Lead Titanate-Lead Zirconate-Lead Oxide: Tin Oxide and Lead Titanate-Lead Hafnate Journal of Research of the National Bureau of Standards 55(5) Ishibashi Y (1996 ), Polarization reversal in ferroelectrics Ferroelectric Thin Films: Synthesis and Basic Properties, Gordon and Breach, Amsterdam Ishibashi Y and Takagi Y (1971) Note on Ferroelectric Domain Switching J Phys Soc Jpn 31, pp 506-510 Isikawa Y., Akiyama Y and Hayashi T (2009) Piezoelectric and Dielectric Properties of (Bi,Na,K,Ag)TiO3–BaTiO3 Lead-Free Piezoelectric Ceramics Japanese Journal of Applied Physics 48(9), p 09KD03 Iwata M and Ishibashi Y (1999) Theory of Morphotropic Phase Boundary in Solid Solution Systems of Perovskite-Type Oxide Ferroelectrics: p-e Hysteresis Loop Jpn J Appl Phys Vol 38, pp 5670–5673 Izumi M., Yamamoto K., Suzuki M., Noguchi Y and Miyayama M (2008) Large electric-field-induced strain in Bi0.5Na0.5TiO3–Bi0.5K0.5TiO3 solid solution single crystals Applied Physics Letters 93(24), p 242903 Jaffe B., Cook W R and Jaffe H (1971), Piezoelectric Ceramics, Academic Press, New York Jan J C., Tsai H M., Pao C W., Chiou J W., Asokan K., Kumar K P K., Pong W F., Tang Y H., Tsai M H., Kuo S Y and Hsieh W F (2005) Direct experimental evidence of hybridization of Pb states with O 2p states in ferroelectric perovskite oxides Applied Physics Letters 87(1), p 012103 Jiang X P., Li L Z., Zeng M and Chan H L W (2006) Dielectric properties of Mn-doped (Na0.8K0.2)0.5Bi0.5TiO3 ceramics Materials Letters 60(15), pp 17861790 Jo W., Dittmer R., Acosta M., Zang J., Groh C., Sapper E., Wang K and Rödel J (2012) Giant electric-field-induced strains in lead-free ceramics for actuator applications – status and perspective Journal of Electroceramics 29(1), pp 71-93 Jo W., Granzow T., Aulbach E., Rödel J r and Damjanovic D (2009) Origin of the large strain response in (K0.5Na0.5)NbO3-modified (Bi0.5Na0.5)TiO3–BaTiO3 leadfree piezoceramics Journal of Applied Physics 105(9), p 094102 Jo W., Schaab S., Sapper E., Schmitt L A., Kleebe H.-J., Bell A J and Rödel J r (2011) On the phase identity and its thermal evolution of lead free (Bi0.5Na0.5)TiO36 mol% BaTiO3 Journal of Applied Physics 110(7), p 074106 Joan F and Shirane G (1962), Ferroelectric Crystals, Pergamon Press, New York 132 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 Kang J.-K., Heo D.-J., Nguyen V Q., Han H.-S., Lee J.-S and Ahn K.-K (2012) Low-temperature sintering of lead-free Bi0.5(Na,K)0.5TiO3-based electrostrictive ceramics with CuO addition Journal of the Korean Physical Society 61(6), pp 899-902 Kao K C (2004), Dielectric Phenomena in Solids: with Emphasis on Physical Concepts of Electronic Processes, Elsevier Academic Press, Amsterdam Kim T.-Y and Jang H M (2000) B-site vacancy as the origin of spontaneous normal-to-relaxor ferroelectric transitions in La-modified PbTiO3 Applied Physics Letters 77(23), p 3824 Kreisel J., Glazer A M., Jones G., Thomas P A., Abello L and Lucazeau G (2000) An x-ray diffraction and Raman spectroscopy investigation of A-site substituted perovskite compounds: the (Na 1- x K x ) 0.5 Bi 0.5 TiO (0 < x < 1) solid solution Journal of Physics: Condensed Matter 12(14), p 3267 Kumar M M and Ye Z.-G (2001) Dielectric and electric properties of the donorand acceptor- doped ferroelectric SrBi2Ta2O9 J Appl Phys 90, pp 934 – 941 Kwon S., Sabolsky E M., Messing G L and Trolier-McKinstry S (2005) High Strain, Textured 0.675Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.325PbTiO3 Ceramics: Templated Grain Growth and Piezoelectric Properties Journal of the American Ceramic Society 88(2), pp 312-317 Lee D S., Lim D H., Kim M S., Kim K H and Jeong S J (2011) Electric fieldinduced deformation behavior in mixed Bi0.5Na0.5TiO3 and Bi0.5(Na0.75K0.25)0.5TiO3BiAlO3 Applied Physics Letters 99(6), p 062906 Lee J.-S., Binh D N., Hussain A., Lee H D., Kim I W., Kim I W and Tai W P (2010) Enhanced Electric-Field-Induced Strain at the Ferroelectric-Electrostrcitive Phase Boundary of Yttrium-Doped Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3 Lead-Free Piezoelectric Ceramics Journal of the Korean Physical Society 57(41), p 892 Lee J.-S., Pham K.-N., Han H.-S., Lee H.-B and Tran V D N (2012) Strain enhancement of lead-free Bi1/2(Na0.82K0.18)1/2TiO3 ceramics by Sn doping Journal of the Korean Physical Society 60(2), pp 212-215 Lee S., Levi R D., Qu W., Lee S C and Randall C A (2010) Band-gap nonlinearity in perovskite structured solid solutions Journal of Applied Physics 107(2), p 023523 Lee S., Woodford W H and Randall C A (2008) Crystal and defect chemistry influences on band gap trends in alkaline earth perovskites Applied Physics Letters 92(20), p 201909 Lei N., Zhu M., Yang P., Wang L., Wang L., Hou Y and Yan H (2011) Effect of lattice occupation behavior of Li+ cations on microstructure and electrical properties of (Bi1/2Na1/2)TiO3-based lead-free piezoceramics Journal of Applied Physics 109(5), p 054102 Levin I., Cockayne E., Krayzman V., Woicik J C., Lee S and Randall C A (2011) Local structure of Ba(Ti,Zr)O3 perovskite-like solid solutions and its relation to the band-gap behavior Physical Review B 83(9) Li W., Xu Z., Chu R., Fu P and Zang G (2012) Enhanced ferroelectric properties in (Ba1−xCax)(Ti0.94Sn0.06)O3 lead-free ceramics Journal of the European Ceramic Society 32(3), pp 517-520 Li Y., Chen W., Xu Q., Zhou J., Gu X and Fang S (2005) Electromechanical and dielectric properties of Na0.5Bi0.5TiO3–K0.5Bi0.5TiO3–BaTiO3 lead-free ceramics Materials Chemistry and Physics 94(2-3), pp 328-332 133 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 Li Y., Chen W., Xu Q., Zhou J., Wang Y and Sun H (2007) Piezoelectric and dielectric properties of CeO2-doped Bi0.5Na0.44K0.06TiO3 lead-free ceramics Ceramics International 33(1), pp 95-99 Liao Y., Xiao D and Lin D (2007) Piezoelectric and ferroelectric properties of Bi0.5(Na1-x-yKxAgy)0.5TiO3 lead-free piezoelectric ceramics Applied Physics A 90(1), pp 165-169 Liao Y., Xiao D., Lin D., Zhu J., Yu P., Wu L and Wang X (2006) The effects of CeO2-doping on piezoelectric and dielectric properties of Bi0.5(Na1−x−yKxLiy)0.5TiO3 piezoelectric ceramics Materials Science and Engineering: B 133(1-3), pp 172176 Lin D., Xiao D., Zhu J and Yu P (2006) Piezoelectric and ferroelectric properties of Bi0.5(Na1−x−yKxLiy)0.5TiO3 lead-free piezoelectric ceramics Applied Physics Letters 88(6), p 062901 Lines M E and Glass A M (1979), Principles and applications of ferroelectrics and related materials, Clarendon Press, Oxford Lisa and Klein C (1988), Sol- gel technology for thin films, fibers, preforms, electronics, and specialty shapes, Noyes-Publications, Park Ridge New Jersey USA Masahiro N., Yuji H., Hajime N and Tadashi T (2008) Fabrication and Piezoelectric Properties of Grain-Oriented (Bi 1/2 K 1/2 )TiO –BaTiO Ceramics Japanese Journal of Applied Physics 47(5S), p 3829 Mihara T and Watanabe H (1995) Electronic Conduction Characteristics of SolGel Ferroelectric P b ( Z r 0.4 T i 0.6 ) O Thin-Film Capacitors: Part I Japanese Journal of Applied Physics 34(10R), p 5664 Mihara T., Yoshimori H., Watanabe H and Araujo C A P d (1995) Characteristics of Bismuth Layered S r B i T a O Thin-Film Capacitors and Comparison with P b ( Z r , T i ) O Japanese Journal of Applied Physics 34(9S), p 5233 Miller S L., Nasby R D., Schwank J R., Rodgers M S and Dressendorfer P V (1990) Device modeling of ferroelectric capacitors Journal of Applied Physics 68(12), pp 6463-6471 Mishra S K., Pandey D and Singh A P (1996) Effect of phase coexistence at morphotropic phase boundary on the properties of Pb(ZrxTi1−x)O3 ceramics Applied Physics Letters 69(12), pp 1707-1709 Moosavi A., Bahrevar M A., Aghaei A R., Ramos P., Algueró M and Amorín H (2014) High-field electromechanical response of Bi0.5Na0.5TiO3–Bi0.5K0.5TiO3 across its morphotropic phase boundary J Phys D: Appl Phys 47, p 055304 Moosavi A., Bahrevar M A., Aghaei A R., Ramos P., Algueró M and Amorín H (2014) High-field electromechanical response of Bi0.5Na0.5TiO3–Bi0.5K0.5TiO3 across its morphotropic phase boundary Journal of Physics D: Applied Physics 47(5), p 055304 Nagata H., Itagaki M and Takenaka T (2003) Piezoelectric Properties of Bismuth Layer-Structured Ferroelectric SrBi Ta O -Bi TiTaO Ceramics Ferroelectrics 286(1), pp 85-92 Nagata H., Yoshida M., Makiuchi Y and Takenaka T (2003) Large Piezoelectric Constant and High Curie Temperature of Lead-Free Piezoelectric Ceramic Ternary System Based on Bismuth Sodium Titanate-Bismuth Potassium TitanateBarium Titanate near the Morphotropic Phase Boundary Japanese Journal of Applied Physics 42(Part 1, No 12), pp 7401-7403 134 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 Nam P K., Hussain A., Ahn C W., Kim W., Jeong S J and Lee J.-S (2010) Giant strain in Nb-doped Bi 0.5 (Na 0.82 K 0.18) 0.5 TiO lead-free electromechanical ceramics Materials Letters 64(20), pp 2219-2222 Nelmes R J and Kuhs W F (1985) The crystal structure of tetragonal PbTiO3 at room temperature and at 700 K Solid State Communications 54(8), pp 721–723 Newnham R E (1975 ), Structure–Property Relations, Springer-Verlag, Berlin Nobre M A L and Lanfredi S (2003) Dielectric spectroscopy on Bi3Zn2Sb3O14 ceramic: an approach based on the complex impedance Journal of Physics and Chemistry of Solids 64(12), pp 2457-2464 Noheda B., Cox D E., Shirane G., Gonzalo J A., Cross L E and Park S.-E (1999) A monoclinic ferroelectric phase in the Pb(Zr1-xTix)O3 solid solution Appl Phys Lett 74, p 2059 Noheda B., Gonzalo J A., Cross L E., Guo R., Park S E., Cox D E and Shirane G (2000) Tetragonal-to-monoclinic phase transition in a ferroelectric perovskite: the structure of PbZr0.52Ti0.48O3 Phys Rev B 61(8687) Nye J F (1985), Physical Properties of Crystals, Oxford University Press, Oxford Ngoc T V D., Ali H., Hyoung-Su H., Thi Hinh D., Jae-Shin L., Chang-Won A and Ill-Won K (2012) Comparison of Ferroelectric and Strain Properties between BaTiO - and BaZrO -Modified Bi 1/2 (Na 0.82 K 0.18 ) 1/2 TiO Ceramics Japanese Journal of Applied Physics 51(9S2), p 09MD02 Ngoc T V D., Han H.-S., Kim K.-J., Malik R A., Hussain A and Lee J.-S Relaxor and fieldinduced strain behavior in lead-free Bi0 (Na0 82K0 18) 0.5TiO3 ceramics modified with BaZrO3 Journal of Ceramic Processing Research 13(supplement 2), pp s177-s180 Ngoc T V D., Han H.-S., Yoon C.-H., Lee J.-S., Jo W and Rödel J (2011) Leadfree electrostrictive bismuth perovskite ceramics with thermally stable fieldinduced strains Materials Letters 65(17-18), pp 2607-2609 Nguyen C T Q., Nguyen M D., Dekkers M., Houwman E., Vu H N and Rijnders G (2014) Process dependence of the piezoelectric response of membrane actuators based on Pb(Zr0.45Ti0.55)O3 thin films Thin Solid Films 556, pp 509-514 Nguyen M D., Dekkers M., Vu H N and Rijnders G (2013) Film-thickness and composition dependence of epitaxial thin-film PZT-based mass-sensors Sensors and Actuators A: Physical 199, pp 98-105 Nguyen M D., Nguyen C T Q., Trinh T Q., Nguyen T., Pham T N., Rijnders G and Vu H N (2013) Enhancement of ferroelectric and piezoelectric properties in PZT thin films with heterolayered structure Materials Chemistry and Physics 138(2-3), pp 862-869 Nguyen M D., Trinh T Q., Dekkers M., Houwman E P., Vu H N and Rijnders G (2014) Effect of dopants on ferroelectric and piezoelectric properties of lead zirconate titanate thin films on Si substrates Ceramics International 40(1), pp 1013-1018 Ohno T., Mori T., Suzuki H., Fu D., Wunderlich W., Takahashi M and Ishikawa K (2002) Size Effect for Lead Zirconate Titanate Nanopowder with Pb(Zr0.3Ti0.7)O3 Composition Jpn J Appl Phys 41, p 6985 Otoničar M., Škapin S D., Spreitzer M and Suvorov D (2010) Compositional range and electrical properties of the morphotropic phase boundary in the Na0.5Bi0.5TiO3–K0.5Bi0.5TiO3 system Journal of the European Ceramic Society 30(4), pp 971-979 Panda P K (2009) Review: environmental friendly lead-free piezoelectric materials Journal of Materials Science 44(19), pp 5049–5062 135 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 Parija B., Badapanda T., Panigrahi S and Sinha T P (2012) Ferroelectric and piezoelectric properties of (1 − x) (Bi0.5Na0.5)TiO3–xBaTiO3 ceramics Journal of Materials Science: Materials in Electronics 24(1), pp 402-410 Parija B., Badapanda T., Senthil V., Rout S K and Panigrahi S Diffuse phase transition, piezoelectric and optical study of Bi0·5Na0·5TiO3 ceramic Bull Mater Sci 35(2), pp 197–202 Parija B., Rout S K., Cavalcante L S., Simões A Z., Panigrahi S., Longo E and Batista N C (2012) Structure, microstructure and dielectric properties of 100−x(Bi0.5Na0.5)TiO3−x[SrTiO3] composites ceramics Applied Physics A 109(3), pp 715-723 Park S.-E and Shrout T R (1997) Ultrahigh strain and piezoelectric behavior in relaxor based ferroelectric single crystals Journal of Applied Physics 82(4), pp 1804-1811 Patterson E A and Cann D P (2012) Bipolar piezoelectric fatigue of Bi(Zn0.5Ti0.5)O3-(Bi0.5K0.5)TiO3-(Bi0.5Na0.5)TiO3 Pb-free ceramics Applied Physics Letters 101(4), p 042905 Patterson E A., Cann D P., Pokorny J and Reaney I M (2012) Electromechanical strain in Bi(Zn1/2Ti1/2)O3–(Bi1/2Na1/2)TiO3–(Bi1/2K1/2)TiO3 solid solutions Journal of Applied Physics 111(9), p 094105 Płcharski J and Weiczorek W (1988 ) PEO based composite solid electrolyte containing nasicon Solid State Ions 28(2), pp 979-982 Pronin I P., Syrnikov P P., Isupov V A., Egorov V M and Zaitseva N V (1980) Peculiarities of phase transitions in sodium-bismuth titanate Ferroelectrics 25(1), pp 395-397 Qiao S., Wu J., Wu B., Zhang B., Xiao D and Zhu J (2012) Effect of Ba0.85Ca0.15Ti0.90Zr0.10O3 content on the microstructure and electrical properties of Bi0.51(Na0.82K0.18) 0.50TiO3 ceramics Ceramics International 38(6), pp 4845-4851 Quan N D., Huu Bac L., Thiet D V., Hung V N and Dung D D (2014) Current Development in Lead-Free Bi0.5(Na,K)0.5TiO3-Based Piezoelectric Materials Advances in Materials Science and Engineering 2014, pp 1-13 Quyet N V., Chang-Hyo H., Hyun-Young L., Kong Y M., Lee J.-S and Ahn K.K (2012) Enhancement in the microstructure and the strain properties of Bi1/2(Na,K)1/2TiO3-based lead-free ceramics by Li substitution Journal of the Korean Physical Society 61(6), pp 895-898 Quyet N V., Han H.-S., Kim K.-J., Dang D.-D., Ahn K.-K and Lee J.-S (2012) Strain enhancement in Bi1/2(Na0.82K0.18)1/2TiO3 lead-free electromechanical ceramics by co-doping with Li and Ta Journal of Alloys and Compounds 511(1), pp 237-241 Randall C A., Newnham R E and Cross L E (2004), History of the First Ferroelectric Oxide, BaTiO3, Materials Research Institute, The Pennsylvania State University, University Park, USA Ranjan R and Dviwedi A (2005) Structure and dielectric properties of (Na0.50Bi0.50)1−xBaxTiO3: 0≤x≤0.10 Solid State Communications 135(6), pp 394399 Ringgaard E and Wurlitzer T (2005) Lead-free piezoceramics based on alkali niobates J Eur Ceram Soc 25, pp 2701–2706 Robels U., Calderwood J H and Arlt G (1995) Shift and deformation of the hysteresis curve of ferroelectrics by defects: An electrostatic model Journal of Applied Physics 77(8), pp 4002-4008 136 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 Saghi-Szabo G., Cohen R E and Krakauer H (1999) First-principles study of piezoelectricity in tetragonal PbTiO3 and PbZr1/2Ti1/2O3 Phys Rev B 59, pp 12771-12776 Sakaki C., Newalkar B., Komarneni S and Uchino K (2001) Grain Size Dependence of High Power Piezoelectric Characteristics in Nb Doped Lead Zirconate Titanate Oxyde Ceramics Jpn J Appl Phys 40, p 6907 Sasaki A., Chiba T., Mamiya Y and Otsuki E (1999) Dielectric and Piezoelectric Properties of (Bi 0.5 Na 0.5 )TiO –(Bi 0.5 K 0.5 )TiO Systems Japanese Journal of Applied Physics 38(9S), p 5564 Sawaguchi E (1953) Ferroelectricity versus Antiferroelectricity in the Solid Solutions of PbZrO3 and PbTiO3 Journal of the Physical Society of Japan 8(5), pp 615-629 Sawyer C B and Tower C H (1930) Rochelle Salt as a Dielectric Physical Review 35(3), pp 269-273 Scott J F (2000), Ferroelectric memories, Springer, Berlin Scott J F., Kammerdiner L., Parris M., Traynor S., Ottenbacher V., Shawabkeh A and Oliver W F (1988) Switching Kinetics Of Lead Zirconate Titanate Submicron Thin-Film Memories Journal Of Applied Physics 64, p 787 Sen S., Pramanik P and Choudhary R N P (2005) Impedance spectroscopy study of the nanocrystalline ferroelectric (PbMg)(ZrTi)O3 system Applied Physics A 82(3), pp 549-557 Shannon R D (1976) Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomie Distances in Halides and Chaleogenides Acta Crystallogr A 32, pp 751–767 Shen Zhang, Xianlin Dong and Seiji Kojima (1997) Temperature Dependence of Dielectric, Elastic and Piezoelectric Properties of Pb(Zr x Ti 1- x )O Ceramics Near the Morphotropic Phase Boundary Japanese Journal of Applied Physics 36(5S), p 2994 Shieh J., Lin Y C and Chen C S (2010) Influence of phase composition on electrostrains of doped (Bi 0.5 Na 0.5 )TiO –BaTiO –(Bi 0.5 K 0.5 )TiO lead-free ferroelectric ceramics Smart Materials and Structures 19(9), p 094007 Shieh J., Lin Y C and Chen C S (2010) Intricate straining of manganese-doped (Bi 0.5 Na 0.5 )TiO - BaTiO - (Bi 0.5 K 0.5 )TiO lead-free ferroelectric ceramics Journal of Physics D: Applied Physics 43(2), p 025404 Shirane G and Suzuki K (1952) Crystal structure of Pb(Zr-Ti)O3 J Phys Soc Jpn 7(333) Shrout T R and Zhang S J (2007) Lead-free piezoelectric ceramics: alternatives for PZT? J Electroceram 19, pp 113–126 Shur M (1990), Physics of Semiconductor Devices, Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall Shur V and Rumyantsev E (1998) Arising and Evolution of the Domain Structure in Ferroics Journal of the Korean Physical Society 32, pp S727-S732 Shur V Y (1996 ), Fast polarization reversal process: evolution of ferroelectric domain structure in thin films Ferroelectric Thin Films: Synthesis and Basic Properties, Gordon and Breach, Amsterdam Shuvaeva V A., Zekria D., Glazer A M., Jiang Q., Weber S M., Bhattacharya P and Thomas P A (2005) Local structure of the lead-free relaxor ferroelectric(KxNa1−x)0.5Bi0.5TiO3 Physical Review B 71(17) 137 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 Singh A and Chatterjee R (2011) Structural, electrical, and strain properties of stoichiometric 1−x−y(Bi0.5Na0.5)TiO3−x(Bi0.5K0.5TiO3)−y(Na0.5K0.5)NbO3 solid solutions Journal of Applied Physics 109(2), p 024105 Sirotin Y I and Shaskolskaya M P (1982), Fundamentals of Crystal Physics, Mir Publishers, Moscow Smolenski G A., Isupov V A., Agranovskaya A I and Krainik N N (1961) New ferroelectrics of complex composition Sov Phys Solid State 2, p 2651 Stemmer S., Streiffer S K., Ernst F and Rüuhle M (1995) Atomistic structure of 90° domain walls in ferroelectric PbTiO3 thin films Philosophical Magazine A 71(3), pp 713-724 Stolichnov I., Tagantsev A., Setter N., Cross J S and Tsukada M (1999) Control of leakage conduction of high-fatigue-endurance (Pb, La)(Zr, Ti)O3 film ferroelectric capacitors with Pt/SrRuO3 electrodes Applied Physics Letters 75(12), pp 1790-1792 Suchomel M R., Fogg A M., Allix M., Niu H J., Claridge J B and Rosseinsky M J (2006) Bi2ZnTiO6:  A Lead-Free Closed-Shell Polar Perovskite with a Calculated Ionic Polarization of 150 μC cm-2 Chem Mater 18, p 4987 Sze S M (1981), Physics of semiconductor devices, John Wiley and Sons, New York T Mitsui, I Tatsuzaki and Nakamura E (1976), An Introduction to the Physics of Ferroelectrics, Gordon and Breach, London Tadashi T and Masatoshi Y (1993) Solid-Solution (Bi 1- x Pb x )(Ni (1- x )/2 Ti (1+ x )/2 )O for New Piezoelectric Ceramics Japanese Journal of Applied Physics 32(9S), p 4218 Tagantsev A K., Landivar M., Colla E., Brooks K G and Setter N (1995), Depletion, depolarizing effects and switching in ferroelectric thin films Science and Technology of Electroceramic Thin Films, MA: Kluwer, Boston Tagantsev A K., Landivar M., Colla E and Setter N (1995) Identification of passive layer in ferroelectric thin films from their switching parameters Journal of Applied Physics 78(4), pp 2623-2630 Takaaki T., Yutaka K., Naoki O., Tadashi T and Osamu F (1997) 90° Domain Reorientation and Electric-Field-Induced Strain of Tetragonal Lead Zirconate Titanate Ceramics Japanese Journal of Applied Physics 36(9S), p 5970 Takenaka T and Nagata H (2005) Current status and prospects of lead-free piezoelectric ceramics J Eur Ceram Soc 25, pp 2693–2700 Takenaka T., Nagata H and Hiruma Y (2008) Current Developments and Prospective of Lead-Free Piezoelectric Ceramics Jpn J Appl Phys 47(5), pp 3787–3801 Takenaka T., Nagata H and Hiruma Y (2009) Phase Transition Temperatures and Piezoelectric Properties of (Bi1/2Na1/2)TiO3 and (Bi1/2K1/2)TiO3 -Based Bismuth Perovskite Lead-Free Ferroelectric Ceramics Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, IEEE Transactions 56(8), pp 1595-1612 Tani T (1998) Crystalline-oriented Piezoelectric Bulk Ceramics with a Perovskitetype Structure Journal of the Korean Physical Society 32(3), pp S1217–S1220 Tian C and Chan S W (2000) Ionic Conductivities, Sintering Temperatures and Microstructures of Bulk Ceramic CeO2 Doped With Y2O3 Solid State Ionics 134, pp 89–102 Tu C S., Siny I G and Schmidt V H (1994) Sequence of dielectric anomalies and high-temperature relaxation behavior in Na1/2Bi1/2TiO3 Physical Review B 49(17), pp 11550-11559 138 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 Thao P N (2013) Optimization of fabrication parameters of Ba-doped Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 thin films on TiN/Si substrates using Pulsed Laser Deposition Master Thesis of Science, Ha Noi Thomas N W (1990) A new framework for understanding relaxor ferroelectrics Journal of Physics and Chemistry of Solids 51(12), pp 1419-1431 Uchino K (1986) Actuators: Materials and Applications Am Ceram Soc Bull 65(4), pp 647-652 Ullah A (2014) Large Electromechanical Response in the Piezoelectric BNKT-BST based Ceramics and Ferroelectric ZnSnO3/PVDF-TrFE Nanocomposite Doctor of Philosophy, Ulsan, Korea Ullah A., Ahn C W., Hussain A., Lee S Y and Kim I W (2011) Phase Transition, Electrical Properties, and Temperature-Insensitive Large Strain in BiAlO3-Modified Bi0.5(Na0.75K0.25)0.5TiO3 Lead-Free Piezoelectric Ceramics Journal of the American Ceramic Society 94(11), pp 3915-3921 Ullah A., Ahn C W., Hussain A., Lee S Y., Lee H J and Kim I W (2010) Phase transitions and large electric field-induced strain in BiAlO3-modified Bi0.5(Na,K)0.5TiO3 lead-free piezoelectric ceramics Current Applied Physics 10(4), pp 1174-1181 Ullah A., Ahn C W., Lee S Y., Kim J S and Kim I W (2012) Structure, ferroelectric properties, and electric field-induced large strain in lead-free Bi0.5(Na,K)0.5TiO3–(Bi0.5La0.5)AlO3 piezoelectric ceramics Ceramics International 38, pp S363-S368 Vanderbilt D and Cohen M H (2001) Monoclinic and triclinic phases in higherorder Devonshire theory Physical Review B 63(9), p 094108 Varada Rajulu K C., Tilak B and Sambasiva Rao K (2011) Impedance spectroscopy study of BNKLT polycrystalline ceramic Applied Physics A 106(3), pp 533-543 Vedantam R (2004) Investigation of Dielectric Properties of some Lead Based Complex Niobate Perovskites Doctoral Thesis, Madras, India Vuong L D and Gio P D (2013) Effect of Li2CO3 Addition on the Sintering Behavior and Physical Properties of PZT-PZN-Pmnn Ceramics International Journal of Materials Science and Applications 2(3), p 89 Wang B., Luo L., Ni F., Du P., Li W and Chen H (2012) Piezoelectric and ferroelectric properties of (Bi1−xNa0.8K0.2Lax)0.5TiO3 lead-free ceramics Journal of Alloys and Compounds 526, pp 79-84 Wang D Y and Nowick A S (1980) The “grain-boundary effect” in doped ceria solid electrolytes Journal of Solid State Chemistry 35(3), pp 325-333 Wang H., Xu H., Luo H., Yin Z., Bokov A A and Ye Z G (2005) Dielectric anomalies of the relaxor-based 0.9Pb(Mg1∕3Nb2∕3)O3-0.1PbTiO3 single crystals Applied Physics Letters 87(1), p 012904 Wang K., Hussain A., Jo W., Rödel J and Viehland D D (2012) TemperatureDependent Properties of (Bi1/2Na1/2)TiO3-(Bi1/2K1/2)TiO3-SrTiO3 Lead-Free Piezoceramics Journal of the American Ceramic Society 95(7), pp 2241-2247 Waser R (1997) Dielectric analysis of integrated ceramic thin film capacitors Integr Ferroelectr 15, pp 39–51 Waser R and Klee M (1992) Theory of conduction and breakdown in perovskite thin films Integrated Ferroelectrics 2(1-4), pp 23-40 Whatmore R W (1986 ) Pyroelectric devices and materials Rep Prog Phys 49 (12), p 1335 139 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 Wilkinson A P., Xu J., Pattanaik S and Billinge J L (1998) Neutron-scattering studies of compositional heterogeneity in sol-gel processed lead zirconate titanates Chem Mater 10, p 3611 Wu B., Han C., Xiao D., Wang Z., Zhu J and Wu J (2012) Investigation of a new lead-free (0.89−x)(Bi0.5Na0.5)TiO3–0.11(Bi0.5K0.5)TiO3–xBa0.85Ca0.15Ti0.90Zr0.10O3 ceramics Materials Research Bulletin 47(11), pp 3937-3940 Xiangping J., Longzhu L., Fulan J., Yanyan Z and Lihua L (2008) Effects of Mndoping on the piezoelectric and ferroelectric properties of (Na0.8K0.2)0.5Bi0.5TiO3 ceramics Key Eng Mater 69, pp 368-372 Xie H., Jin L., Shen D., Wang X and Shen G (2009) Morphotropic phase boundary, segregation effect and crystal growth in the NBT–KBT system Journal of Crystal Growth 311(14), pp 3626-3630 Xu Y (1991), Ferroelectric materials and their applications, Elsevier Science Publisher, Tokyo-Paris-New York Yang H., Shan X U., Zhou C., Zhou Q I N., Li W and Cheng J U N (2013) Microstructure, dielectric and piezoelectric properties of lead-free Bi 0·5 Na 0·5 TiO  −Bi 0·5 K 0·5 TiO  −BiMnO ceramics Bulletin of Materials Science 36(2), pp 265-270 Yang Z., Hou Y., Liu B and Wei L (2009) Structure and electrical properties of Nd2O3-doped 0.82Bi0.5Na0.5TiO3–0.18Bi0.5K0.5TiO3 ceramics Ceramics International 35(4), pp 1423-1427 Yang Z P., Liu B., L.Wei L and Hou Y T (2008) Structure and electrical properties of (1- x)Bi0:5Na0:5TiO3-xBi0:5K0:5TiO3 ceramics near morphotropic phase boundary Mater Res Bull 43, pp 81-89 Yoshihiro I and Makoto I (1999) A Theory of Morphotropic Phase Boundary in Solid-Solution Systems of Perovskite-Type Oxide Ferroelectrics Japanese Journal of Applied Physics 38(2R), p 800 Yoshihiro I and Makoto I (1999) Theory of Morphotropic Phase Boundary in Solid-Solution Systems of Perovskite-Type Oxide Ferroelectrics: Elastic Properties Japanese Journal of Applied Physics 38(3R), p 1454 Yoshii K., Hiruma Y., Nagata H and Takenaka T (2006) Electrical Properties and Depolarization Temperature of (Bi1/2Na1/2)TiO3–(Bi1/2K1/2)TiO3 Lead-free Piezoelectric Ceramics Jpn J Appl Phys 45, p 4493 Yuan Y., Zhang S and Zhou X (2008) Effects of La occupation site on the dielectric and piezoelectric properties of [Bi0.5(Na0.75K0.15Li0.10)0.5]TiO3 ceramics Journal of Materials Science: Materials in Electronics 20(11), pp 1090-1094 Yuan Y., Zhang S., Zhou X and Liu J (2005) Phase transitions and electrical properties in La3+-substituted Bi0.5(Na0.75K0.15Li0.10)0.5TiO3 ceramics Journal of Materials Science 41(2), pp 565-567 Yuji H., Tomomi W., Hajime N and Tadashi T (2008) Piezoelectric Properties of (Bi 1/2 Na 1/2 )TiO -Based Solid Solution for Lead-Free High-Power Applications Japanese Journal of Applied Physics 47(9S), p 7659 Zaman A., Iqbal Y., Hussain A., Ryu G H., Song T K., Kim M H and Kim W J (2012) Influence of zirconium substitution on dielectric, ferroelectric and fieldinduced strain behaviors of lead-free 0.99[Bi1/2(Na0.82K0.18)1/2(Ti1−x Zr x )O3]0.01LiSbO3 ceramics Journal of the Korean Physical Society 61(5), pp 773-778 Zhang S.-T., Kounga A B., Aulbach E., Ehrenberg H and Rödel J r (2007) Giant strain in lead-free piezoceramics Bi 0.5Na0.5TiO3–BaTiO3–K0.5Na0.5NbO3 system Applied Physics Letters 91(11), p 112906 140 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 Zhang S.-T., Kounga A B., Aulbach E., Granzow T., Jo W., Kleebe H.-J and Rödel J r (2008) Lead-free piezoceramics with giant strain in the system Bi0.5Na0.5TiO3–BaTiO3–K0.5Na0.5NbO3 I Structure and room temperature properties Journal of Applied Physics 103(3), p 034107 Zhang S., Shrout T R., Nagata H., Hiruma Y and Takenaka T (2007) Piezoelectric properties in (K0.5Bi0.5)TiO3-(Na0.5Bi0.5)TiO3-BaTiO3 lead-free ceramics IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control 54(5), pp 910–917 Zhang Y.-R., Li J.-F and Zhang B.-P (2008) Enhancing Electrical Properties in NBT–KBT Lead-Free Piezoelectric Ceramics by Optimizing Sintering Temperature Journal of the American Ceramic Society 91(8), pp 2716-2719 Zhang Y., Chu R., Xu Z., Hao J., Chen Q., Peng F., Li W., Li G and Yin Q (2010) Piezoelectric and dielectric properties of Sm2O3-doped 0.82Bi0.5Na0.5TiO3– 0.18Bi0.5K0.5TiO3 ceramics Journal of Alloys and Compounds 502(2), pp 341345 Zhao S., Li G., Ding A., Wang T and Yin Q (2006) Ferroelectric and piezoelectric properties of (Na, K)0.5Bi0.5TiO3 lead free ceramics Journal of Physics D: Applied Physics 39(10), pp 2277-2281 Zhou C., Liu X., Li W and Yuan C (2009) Dielectric and piezoelectric properties of Bi0.5Na0.5TiO3–Bi0.5K0.5TiO3–BiCrO3 lead-free piezoelectric ceramics Journal of Alloys and Compounds 478(1-2), pp 381-385 Zhou C., Liu X., Li W and Yuan C (2009) Microstructure and electrical properties of Bi0.5Na0.5TiO3–Bi0.5K0.5TiO3–LiNbO3 lead-free piezoelectric ceramics Journal of Physics and Chemistry of Solids 70(3-4), pp 541-545 Zhou C., Liu X., Li W., Yuan C and Chen G (2010) Structure and electrical properties of Bi0.5(Na, K)0.5TiO3−BiGaO3 lead-free piezoelectric ceramics Current Applied Physics 10(1), pp 93-98 Zhou Q., Zhou C., Li W., Cheng J., Wang H and Yuan C (2011) Microstructure and piezoelectric properties of Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3−NaSbO3 ceramics Journal of Physics and Chemistry of Solids 72(8), pp 909-913 Zhu M., Hu H., Lei N., Hou Y and Yan H (2009) MnO Modification on Microstructure and Electrical Properties of Lead-Free Bi0.485Na0.425K0.06Ba0.03TiO3 Solid Solution Around Morphotropic Phase Boundary International Journal of Applied Ceramic Technology 7, pp E107-E113 Zipparo M J., Shung K K and Shrout T R (1997) Piezoceramics for highfrequency (20 to 100 MHz) single-element imaging transducers IEEE Trans UFFC 44(5), pp 1038-1048 Zou M., Fan H., Chen L and Yang W (2010) Microstructure and electrical properties of (1−x)[0.82Bi0.5Na0.5TiO3–0.18Bi0.5K0.5TiO3]–xBiFeO3 lead-free piezoelectric ceramics Journal of Alloys and Compounds 495(1), pp 280-283 Zvirgzds A., Kapostins P P and Zvirgzde J V (1982) X-ray study of phase transitions in ferroelectric Na0.5Bi0.5TiO3 Ferroelectrics 40, pp 75-77 [...]... thước của ô đơn vị chất sắt điện và chất thuận điện [60, 61] Độ biến dạng tự phát li n quan tới véctơ phân cực tự phát thông qua hệ số điện giảo Một số thay đổi có thể xảy ra trong vật li u sắt điện khi chuyển từ pha lập phương thuận điện sang pha tứ giác sắt điện được minh họa trong hình 1.3 Vật li u sắt điện là một dạng của vật li u điện môi Véctơ phân cực Pi (C.m−2) đại lượng được hình thành trong vật. .. giác, sắt điện trực thoi và cuối cùng là pha sắt điện mặt thoi 1.1.2 Khái quát về tính sắt điện Chất sắt điện là vật li u phân cực có ít nhất hai định hướng cân bằng của véctơ phân cực tự nhiên trong điều kiện không có điện trường, và véctơ phân cực tự phát của nó có thể quay giữa các định hướng đó dưới tác dụng của điện trường ngoài [81, 101, 170] Hầu hết các vật li u sắt điện đều trải qua sự chuyển pha. .. domain (hình 1.7) Nếu hướng của véctơ phân cực trong vật li u được phân bố ngẫu nhiên thì véctơ phân cực tổng hợp bằng không, dẫn tới hiệu ứng áp điện và nhiệt điện trong các domain thành phần sẽ loại trừ lẫn nhau và vật li u như vậy không phải là chất sắt điện cũng không phải chất hỏa điện Vật li u sắt điện đa tinh thể có thể được đưa vào trạng thái sắt điện bằng việc đặt vào một điện trường mạnh (10-100... thuộc vào thành phần, cấu trúc pha của vật li u Ta có thể điều chỉnh thành phần, pha tạp vào gốm để có được giá trị của các hệ số này như yêu cầu [140] Ở gần biên pha, d, g và ε của các thành phần vật li u phía tứ giác thường lớn hơn so với d, g và ε của các thành phần phía mặt thoi Ví dụ một số vật li u sắt điện như thạch anh (SiO2), ô xít kẽm (ZnO), polyvinylidene flouride (PVDF hoặc (-CH2CF2-)n) và chì. .. thực hiện trên các vật li u áp điện hoặc sắt điện có cấu trúc phức tạp như PZT hoặc PZN-PT và chỉ một số các nghiên cứu gần đây được thực hiện trên các vật li u sắt điện nguyên chất có cấu trúc đơn giản như BaTiO3 và PbTiO3 [74] Các công trình thực nghiệm trước đây chủ yếu tập trung vào tính chất áp điện Điều này là vì hầu hết các các phép đo đều dựa trên sự nhiễu xạ để xác định sự méo dạng của ô cơ sở... xứng của vật li u có thể làm giảm số lượng các thành phần độc lập của tenxơ 1.1.3 Domain sắt điện Véctơ phân cực tự phát trong tinh thể sắt điện thường không được sắp xếp đồng nhất theo cùng một hướng Cụ thể, ta xét vật li u sắt điện PbTiO3 điển hình Chì titanate PbTiO3 là loại tinh thể với cấu trúc kiểu perovskite, vật li u có sự chuyển pha từ pha lập phương không có tính sắt điện sang pha tứ giác sắt. .. domain trong vật li u đơn tinh thể có thể đạt được bằng việc phân cực hóa Cần lưu ý rằng, phân cực hóa là làm cho véctơ phân cực được đảo chiều bởi điện trường, và chỉ có ở vật li u sắt điện Vật li u đa tinh thể hỏa điện (không sắt điện) hoặc áp điện với các hạt được định hướng ngẫu nhiên không thể bị phân cực và chỉ cho đặc trưng hỏa điện và áp điện Hệ số phân cực sau khi vật li u được gỡ khỏi điện trường... qua sự chuyển pha cấu 13 trúc từ pha phi sắt điện ở nhiệt độ cao (hay pha thuận điện) sang pha sắt điện ở nhiệt độ thấp (hình 1.3) Pha thuận điện có thể là chất áp điện hoặc chất không áp điện và hiếm khi phân cực [101] Tính đối xứng của pha sắt điện luôn thấp hơn so với tính đối xứng của pha thuận điện Nhiệt chuyển pha được gọi là điểm Curie, TC Trên điểm Curie hằng số điện môi suy giảm theo định luật... quá trình chuyển pha li n tiếp thành pha sắt điện Chỉ nhiệt chuyển pha sắt điện đầu tiên mới được gọi là điểm Curie Sự chuyển pha sắt điện thường dẫn tới mức độ dị thường mạnh trong đặc trưng điện môi, tính chất đàn hồi, tính chất nhiệt và các đặc trưng khác của vật li u [101] kèm theo đó là sự thay đổi kích thước của ô đơn vị tinh thể [34] Độ biến dạng li n quan được gọi là độ biến dạng tự phát, xS... li u sắt điện, các thông số được chú ý nhất là hằng số dẫn nạp áp điện (hoặc biến dạng áp điện) (d31 và d33), hệ số điện áp áp điện (g31 và g33) và hệ số li n kết điện cơ áp điện (k31, k33, kp và kt) Hệ số d là tỷ lệ giữa độ cảm điện và ứng suất, hoặc giữa độ biến dạng và điện trường Để làm các bộ phát động (actuator) như trong các ứng dụng chuyển động và dao động, vật li u cần có độ biến dạng lớn ... trung vào vai trò tạp chất đến tính chất áp điện BNKT Kết mở phương hướng để nâng cao tính chất vật li u sắt điện không chì 1.1 Tính chất sắt điện vật li u 1.1.1 Cấu trúc vật li u Cho dù vật li u. .. tài: Nghiên cứu tính chất vật li u sắt điện không chứa chì Bi0,5(NaK)0,5TiO3 (BNKT) pha tạp Li dạng khối BNKT20 dạng màng ‘ Mục tiêu luận án: - Tổng hợp hai hệ gốm áp điện không chì BNKT đồng pha. .. QUAN Vật li u sắt điện không chì Bi0,5(NaK)0,5TiO3 (BNKT) thu hút mạnh mẽ ý nhà khoa học tính chất sắt điện, tính chất áp điện số điện môi cao Nguồn gốc gây nên hệ số biến dạng lớn vật li u sắt điện