but.committee	prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (předseda) prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (místopředseda) prof. RNDr. Karel Maca, Dr. (člen) doc. Ing. Karel Liedermann, CSc. (člen) Dr. Steven Milne (člen) Ing. Zdeněk Chlup, Ph.D. (člen) Dr. Ing. Jan Macák (člen) Ing. Pavel Tofel, Ph.D. (člen)	cs
but.defence	Disertační práce pana Bo Nana se zabývá vývojem piezoelektrických bezolovnatých keramik. Jde o velmi aktuální výzkumné téma zejména s ohledem na životní prostředí pro než představuje olovo nebezpečnou zátěž. Práce je zaměřena experimentálně. Práce je formálně na velmi dobré úrovni v angličtině. Otázky obou oponentů byly uspokojivě zodpovězeny.	cs
but.jazyk	angličtina (English)
but.program	Pokročilé materiály a nanovědy	cs
but.result	práce byla úspěšně obhájena	cs
dc.contributor.advisor	Button, Timothy William	en
dc.contributor.author	Nan, Bo	en
dc.contributor.referee	Liedermann, Karel	en
dc.contributor.referee	Milne, Steven	en
dc.date.accessioned	2021-11-22T22:16:54Z
dc.date.available	2021-11-22T22:16:54Z
dc.date.created		cs
dc.description.abstract	Piezoelektrické keramické materiály jsou široce používány v mnoha aplikacích a průmyslových odvětvích, nicméně tradiční materiály obvykle obsahují olovo, které je toxické vůči životnímu prostředí. Většina zemí proto zavedla zákony a omezení, které postupně minimalizují spotřebu olova a podporují výzkum v oblasti bezolovnatých kompozic, které by nahradily olověné protějšky. Bezolovnatá piezoelektrická keramika se tak stala žhavým tématem v posledních letech. Nicméně výzkumy na praktické využití bezolovnatých piezoelektrických materiálů jsou jen zřídka publikovány. V této diplomové práci byl vybrán jeden z nadějných kandidátů na piezoelektrickou bezolovnatou keramiku (Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3 za účelem zkoumání metody snížení jeho vysoké teploty slinování pomocí dotování uhličitanem lithným, kde syntéza prášku byla připravená pomocí techniky sol-gel. Výsledky byly srovnány s konvenčním práškem syntetizovaným v pevné fázi. Vzorky vyrobené ze sol-gel prášku dopovaného 0.5% hmotn. uhličitanem lithným a slinované při 1300 °C po dobu 2 hodin vykazovaly d33 = 447 ± 9 pC N–1, teplotu Curie 98.7 °C a velikost zrn 7.0 ± 0.3 m. Další důležitou otázkou pro aplikace bezolovnatého piezoelektrického keramického materiálu je jeho výroba v různých konfiguracích. Použitím techniky odlévání pásky a aditivních výrobních postupů byla piezoelektrická keramika zpracována do tří různých konfigurací (2-2, 3-3 a 1-3), aby se překlenula mezera mezi materiálovými vědami a materiálovým inženýrstvím. Pro dolévání pásky byly použity suspenze na bázi oleje a vody. Pro přípravu neslinutých keramických fólií bez trhlin, byly pro odlévání na bázi oleje vyvinuty uhlíkové suspenze s obsahem pevných látek 25% hmotn. a BCZT suspenze s obsahem pevných látek 65% hmotn. Problém práškové hydrolýzy ve vodných suspenzích byl vyřešen povrchovou úpravou prášku Al(H2PO4)3, což umožnilo, aby byly tlusté vrstvy bez trhlin odlety v jednom kroku. Tlusté vrstvy slinované při 1500 °C vykazovaly relativní dielektrickou konstantu 1207, dielektrickou ztrátu 0.018 při 1 kHz, remanentní polarizaci 7.54 µC/cm2 a koercitivní síla intenzity pole (Ec) 0.23 kV/mm při 3 kV/mm. Pro tvarování BCZT v konfiguraci 3-3 a 1-3 byla použita přímá metoda tisknutí inkoustu. Pro správnou úpravu tiskového procesu byla použita inkoustová náplň s viskoelastickým chováním obsahující 41.6% obj. pevných látek BCZT a se zpracovatelskými přísadami (HPMC ~ 2.4% a PEI ~ 0.03%). Vzorky v konfiguraci 3-3, slinované při 1500 °C, vykazovaly nejvyšší dielektrické a piezoelektrické vlastnosti, kde Curieho teplota = 86 °C, tan = 0.021, remanentní polarizace = 4.56 µC/cm2 a d33 = 100 ± 4 pC/N. Vzorky v konfiguraci 1-3 slinované při 1500 °C, které byly smíchány s epoxidem, vykazovaly dielektrickou konstantu 144 a dielektrickou ztrátu 0.035 při 1 kHz. Tato práce popisuje tvarování bezolovnaté piezoelektrické keramiky s vynikajícími vlastnostmi v pokročilých strukturách jako krok k návrhu pro moderní senzorické a energy harvesting aplikace.	en
dc.description.abstract	Piezoelectric ceramics are widely used in many applications and industries, but the traditional materials usually contain lead, which can undermine the environment and do harm to children. Most countries have therefore established laws or timetables to gradually minimize the consumption of lead, and research on lead-free compositions to substitute the lead-based counterparts has become a hot topic in recent years. However, investigations on transforming the innovative lead-free ceramics to their application are seldomly reported. In this thesis, one of the promising candidates in piezoelectric lead-free ceramics, (Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3, has been chosen to investigate methods for decreasing its high sintering temperature by doping with lithium carbonate and synthesizing the powder by a sol-gel technique, in comparison with conventional powder synthesised by solid-state routes. Samples fabricated from sol-gel powder doped with 0.5 wt.% lithium carbonate and sintered at 1300°C for 2 hours exhibited d33 = 447 ± 9 pC N–1, Curie temperature 98.7 °C and grain size 7.0 ± 0.3 µm. Another important issue for the application of lead-free piezoelectric ceramic is its fabrication in various connectivities. By utilizing tape-casting and additive manufacturing techniques, piezoelectric ceramic has been processed into three different connectivities, namely 2-2, 3-3 and 1-3, to bridge the gap between materials science and materials engineering. Oil-based and water-based suspensions have been utilized for tape-casting in two steps and in one step, respectively. For oil-based tape-casting, carbon suspensions with a solids loading of 25 wt.% and BCZT suspensions with a solids loading of 65 wt.% have been developed for preparing crack-free green films. The problem of powder hydrolysis in aqueous suspensions has been solved by surface treating the powder with Al(H2PO4)3 enabling crack-free films to be tape cast in one step. Films sintered at 1500 C exhibited relative dielectric constant of 1207, dielectric loss of 0.018 at 1 kHz, remanent polarization of 7.54 µC/cm2 and coercive field (Ec) of 0.23 kV/mm at 3 kV/mm. To achieve 3-3 and 1-3 connectivities, a free-forming direct ink writing method has been applied in shaping BCZT. An ink formulation containing a solids loading of 41.6 vol.% BCZT with the processing additives (HPMC ~ 2.4 % and PEI ~ 0.03 %) endowed the feedstock with a viscoelastic behaviour, which was suitable for the printing process. 3-3 samples sintered at 1500 C exhibited the highest dielectric and piezoelectric properties, with Curie point = 86 C, tan = 0.021, remanent polarization = 4.56 µC/cm2, and d33 = 100 ± 4 pC/N. 1-3 samples sintered at 1500 C and infiltrated by epoxy exhibited a dielectric constant of 144 and dielectric loss of 0.035 at 1 kHz. This work has demonstrated the shaping of lead-free piezoelectric ceramics with excellent properties into complex device structures in a step towards their use in applications.	cs
dc.description.mark	P	cs
dc.identifier.citation	NAN, B. Výzkum nových elektrokeramických struktur pro nové aplikace senzorů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. .	cs
dc.identifier.other	121807	cs
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/11012/184060
dc.language.iso	en	cs
dc.publisher	Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT	cs
dc.rights	Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení	cs
dc.subject	Lead-free ceramic	cs
dc.subject	solid-state synthesis	cs
dc.subject	sol-gel technique	cs
dc.subject	dopant	cs
dc.subject	pellet	cs
dc.subject	connectivity	cs
dc.subject	tape casting	cs
dc.subject	thick film	cs
dc.subject	Robocasting	cs
dc.subject	rheological characterization	cs
dc.subject	X-ray diffraction	cs
dc.subject	scanning electron microscope	cs
dc.subject	piezoelectric property	cs
dc.subject	dielectric property	cs
dc.subject	Bezolovnatá keramika	en
dc.subject	syntéza v pevné fázi	en
dc.subject	technika sol-gel	en
dc.subject	dopant	en
dc.subject	tableta	en
dc.subject	konfigurace	en
dc.subject	odlévání pásky	en
dc.subject	tlusté vrstvy	en
dc.subject	Robocasting	en
dc.subject	reologická charakterizace	en
dc.subject	rentgenová difrakce	en
dc.subject	rastrovací elektronový mikroskop	en
dc.subject	piezoelektrická vlastnost	en
dc.subject	dielektrická vlastnost	en
dc.title	Výzkum nových elektrokeramických struktur pro nové aplikace senzorů	en
dc.title.alternative	An investigation of novel electroceramic structures for new sensor applications	cs
dc.type	Text	cs
dc.type.driver	doctoralThesis	en
dc.type.evskp	dizertační práce	cs
dcterms.modified	2019-10-25-14:05:27	cs
eprints.affiliatedInstitution.faculty	CEITEC VUT	cs
sync.item.dbid	121807	en
sync.item.dbtype	ZP	en
sync.item.insts	2021.11.22 23:16:54	en
sync.item.modts	2021.11.22 22:31:44	en
thesis.discipline	Pokročilé materiály	cs
thesis.grantor	Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. Středoevropský technologický institut VUT	cs
thesis.level	Doktorský	cs
thesis.name	Ph.D.	cs

Výzkum nových elektrokeramických struktur pro nové aplikace senzorů

Files

Original bundle

Collections