Determinación de la Temperatura de Transición de Cerámicos Piezoeléctricos Libres de Plomo, Mediante Impedancia Electroquímica

 

A. M. Torres-Huerta,^1,* J. G. González-Reyes, ² M. E. Villafuerte-Castrejón,² F. González,² E. Ramírez-Meneses,¹ M. A. Domínguez-Crespo¹

 

¹ Instituto Politécnico Nacional, CICATA-Altamira, Km 14,5 Carretera Tampico-Puerto Industrial Altamira, Altamira, Tamps., México 89600

² Universidad Nacional Autónoma de México, Instituto de Investigaciones en Materiales, Circuito Exterior s/n, Ciudad Universitaria, México, D. F. 04510 México

 

Received 25 April 2008; accepted 7 January 2009

 

Resumen

Los materiales cerámicos piezoeléctricos con estructura perovskita basados en titanatos zirconato de plomo (PZT), presentan excelentes propiedades eléctricas cerca del límite de la fase morfotrópica (entre las fases romboédrica y tetragonal), lo que permite que sean ampliamente utilizados como actuadores, sensores y en dispositivos microelectrónicos. Sin embargo, la toxicidad del óxido de plomo (PbO) y su alta presión de vapor durante el procesamiento, ha llevado a la búsqueda de materiales libres de plomo. Actualmente, las investigaciones de materiales piezoeléctricos libres de plomo se ha enfocado hacia niobatos alcalinos, titanatos de bismuto (BiT’s) modificados, y sistemas en los que existe un límite de fase morfotrópica. Entre éstos, los niobatos alcalinos (K,Na)NbO₃ (KNN) han sido estudiados con renovado interés, debido a que representan una alternativa menos contaminante para sustituir a los cerámicos piezoeléctricos base Plomo y presentan buenas propiedades piezoeléctricas y ferroeléctricas. En este trabajo, se sintetizaron cerámicos piezoeléctricos libres de plomo, basados en niobatos alcalinos, de acuerdo al sistema (K_0,5Na_0,5)_xLi_(1-x) Nb_yTa_(1-y)O₃, y se caracterizaron estructural y morfológicamente mediante difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido; para determinar su temperatura de transición, se utilizó espectroscopia de impedancia electroquímica, encontrándose que esta temperatura de transición está alrededor de 420 ºC, valor que es deseable para este tipo de materiales.

Palabras clave: PZT, niobatos alcalinos, temperatura de transición, cerámicos piezoeléctricos, cerámicos libres de plomo.

 

Transition Temperature of Lead-Free Piezoelectric Ceramics by Electrochemical Impedance Spectroscopy

Abstract

Piezoelectric ceramics with perovskite structure based on lead zirconate titanate (PZT) show excellent electrical properties near the morphotropic phase boundary (MPB) and thus are widely used for actuators, sensors as well as microelectronic devices. However, because of the high toxicity of lead oxide and its high vapour pressure during sintering, the use of lead-based ceramics has caused serious lead pollution and environmental problems; for this reason, the development of lead-free piezoelectric ceramics has been demanded to replace lead-based ceramics. Therefore, it is necessary to develop lead-free piezoelectric ceramics with good properties. Among the lead-free piezoelectric materials, the alkaline niobate-based perovskite compounds and Bi-containing materials, have attracted a large amount of attention because of their superior characteristics. The alkaline niobates (K,Na)NbO₃ (KNN)-based material exhibits especially good piezoelectric properties and have been studied as substitutes for PZT piezoelectrics. In this work, alkaline niobate-based piezoelectric ceramics were sintetized, system (K_0.5Na_0.5)_xLi_(1-x) Nb_yTa_(1-y)O₃, and were characterized by X-ray diffraction (DRX) and scanning electron microscopy (SEM). In order to determine their transition temperature, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used, and it was found the transition temperature was about 420 ºC, which is a desirable value in this kind of materials.

Keywords: PZT, alkaline niobate, transition temperature, piezoelectric ceramics, lead-free ceramics.

 

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References

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* Corresponding author. E-mail address: atohuer@hotmail.com