Abstract
$Pb(Zr,Ti)O_{3}$(PZT) is a well known material because its piezoelectric properties, such as its electromechnical coupling factor ($k_{33}$), mechanical quality factor (Qm), and piezoelectric coefficient ($d_{33}$), are good. However, environmental concerns call for the avoidance of lead contents in electronic devices. In this study, we fabricated $Bi_{0.5}\left(Na_{1-x}K_{x} \right)_{0.5}\, TiO_{3}$(BNKT) ceramics and investigated their dielectric and piezoelectric properties. The phase of the BNKT ceramics changed from rhombohedral to tetragonal with increasing potassium contents, and a morphotropic phase boundary (MPB) occurred in the potassium concentration range of x = 0.15 ~ 0.20. The BNKT ceramics with a potassium content x = 0.15 had high electromechanical coupling ($k_{33}$) and piezoelectric ($d_{33}$) coefficients of 43 % and 140 pC/N, respectively.
PZT계 압전 세라믹은 환경에 유해한 납 (Pb)이 60 wt % 이상 포함되어 있어 인체에 유해하므로 산업계에서 납이 함유되지 않는 친환경 무연 (無鉛) 압전 소재 개발이 요구되고 있다. 이와 같은 요구에 의해 K (potassium) 치환량에 따른 $Bi_{0.5}\left(Na_{1-x}K_{x} \right)_{0.5}\, TiO_{3}$ (BNKT) 세라믹을 제작하여 유전 및 압전 특성을 조사하였다. K 치환량이 증가함에 따라 BNKT 세라믹은 rhombohedral 상에서 tetragonal 상으로 상전이 하였으며, K 치환량이 x = 0.15 영역에서 두상이 공존하는 상 경계영역 (Morphotropic Phase Boundary, MPB)이 존재하고 이 영역에서 높은 전기기계결합계수 ($k_{33} \simeq 43 %$)와 압전계수 ($d_{33} \simeq 43 %$)를 나타내었다.