การเตรียมฟิล์มบางเลดเซอร์โคเนตไททาเนตโดยกระบวนการตกสะสมอิเล็กโทรฟรีติก

Abstract

เลดเซอร์โคเนตไททาเนต(PZT) เป็นเซรามิกเฟอร์โรอิเล็กทริก ที่ใช้ในเครื่องมือต่างๆ เช่น เครื่องโซนาร์ หม้อแปลงไฟฟ้าเพียโซอิเล็กทริก และ เซ็นเซอร์ตรวจวัดความดัน ในงานวิจัยนี้ได้ทำการเตรียมฟิล์มบางเลดเซอร์โคเนตไททาเนตบนฐานรองแพลทินัมโดยวิธีการตกสะสมอิเล็กโทรโฟรีติก ซึ่งเป็นกระบวนการที่ง่ายต่อการเตรียมฟิล์มบางเลดเซอร์โคเนตไททาเนต อุปกรณ์ที่ใช้ไม่ยุ่งยากซับซ้อนรวมถึงมีค่าใช้จ่ายที่ไม่สูง การเตรียมฟิล์มบางใช้วิธีกระบวนการตกสะสมเล็กโทรโฟรีติกบนฐานรองแพลทินัมขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 10 มิลลิเมตร จะทำการเตรียมด้วยการให้สนามไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้าในช่วง 50, 100 และ 200 โวลต์ และเวลาในการสะสม 4, 6, 8 และ 10 นาที จากนั้นนำฟิล์มไปเผาผนึกที่ 1250 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากนั้นทำการวิเคราะห์สมบัติของฟิล์มที่เตรียมได้ทางกายภาพและสมบัติไดอิเล็กตริกและทางไฟฟ้าอื่นๆ ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) เครื่องเอ็กสเรย์ดิฟเฟรกชั่น (XRD) เครื่อง Piezoe d - meter Model CADT และ เครื่อง Impedance analyzer ผลที่ได้จากการศึกษาพบว่า ความหนาของฟิล์มเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มสนามไฟฟ้าและเวลาในการสะสม แต่ที่สนามไฟฟ้าสูงขึ้นจะมีความหนาแน่นต่ำ ปริมาณของฟอสเฟตเอสเทอร์ที่เหมาะสมและทำให้เนื้อฟิล์มมีความสม่ำเสมอกันคือ ร้อยละ 0.65 โดยน้ำหนักให้สนามไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้า 100 โวลต์ นาน 4 นาที จากนั้นศึกษาสมบัติเพียโซอิเล็กทริกของฟิล์มบางเลดเซอร์โคเนตไททาเนต ที่ได้หลังจากเผาผนึก พบว่าฟิล์มมีความหนา ≈ 0.5 มิลลิเมตร ความหนาแน่นหลังเผาซินเตอริง มีค่าเท่ากับ7.84 g/cm[superscript3] มีค่าความถี่รีโซแนนซ์อยู่ในช่วง 1500 - 1700 kHz และ ค่า d[subscript33], k[subscript P], Q [subscript M] เท่ากับ 259 [subscript P]C/N,0.62, 540 ตามลำดับ

Lead zirconate titanate (PZT) is a ferroelectric ceramic used in many advanced applications such as sonar, piezo transformer and pressure sensors. This study was conducted to prepare lead zirconate titanate (PZT) thin film on platinum substrate by electrophoretic deposition (EPD). The EPD was used due to its fairly rapid low cost process. The preparation of PZT films was done on a 10-millimeter-diameter platinum substrate by the EPD. The electric fields were applied between two electrodes in the range of 50, 100 and 200 volts for the deposition times at 4, 6, 8 and 10 minutes. After that, the PZT films were sintered at 1250℃ for 2 hours. The films were then characterized in terms of physical, microstructure, dielectric and piezoelectric properties by the Scanning Electron Microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), Piezoe d-meter Model CADT, and Impedance analyzer. The results showed that the thickness of the PZT films increased with an increase of electric fields and deposition times. However, the higher the electric field, the lower the density of the films. The appropriate amount of phosphate esters that resulted in smooth and even films with 100-volt electric field lasting for 4 minutes was 0.65% by weight. For their piezoelectric properties after being sintered, it was found that the thickness of films was approximately 0.5 millimeter with the density of 7.84 g/cm [superscript3]. The films also responded to the resonance frequencies between 1500 and 1700 kHz, and its d[subscript33], k[subscript P], Q [subscript M], values were 259 [subscript P]C/N, 0.62, 540 respectively.