CuO를 첨가한 K0:5Na0:5NbO3 단결정의 임피던스와 모듈러스 특성 = Impedance and Modulus Spectroscopy Characterizations of CuO-Added K0:5Na0:5NbO3 Single Crystals

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Lead-free piezoelectric single crystals of K0:5Na0:5NbO3(KNN)-xCuO (x = 0.01, 0.02, 0.03, 0.04) were grown by using the Czochralski method. In the present study, the effect of the added CuO on the electrical behavior (impedance, modules, and conductivity relaxation mechanisms) of the KNN single crystals were carried out by using a complex impedance spectroscopy technique in the frequency range from 100 Hz to 5 MHz at temperatures from 30 to 650◦C. The Cole-Cole plots exhibited two impedance semicircles, one associated with the bulk and the other with the twin boundaries in the crystalline layers, and confirmed the presence of non-Debye-type relaxation. The scaling behavior of modulus (M ′′) spectrum confirmed that the relaxation dynamics was independent of both the dopant and the temperature. The relaxation nature of the modulus was governed by the hopping of oxygen-ion vacancies in electrical transport processes. The frequency dependence of the ac conductivity data followed a power law ac = A!s with 0:06 s 1. The thermal activation energies (Ea) for the conduction of charge carriers in the cubic phase were calculated as 0.91 eV for x = 0.01 and 0.84 eV for x = 0.04.

국문 초록 (Abstract)

무연 압전물질인 K0:5Na0:5NbO3(KNN)-xCuO (x = 0.01, 0.02, 0.03, 0.04) 단결정을 Czochralski 법으로 성장시켰다. CuO 첨가에 따른 전기적 특성 (임피던스, 모듈러스, 교류전기전도도, 완화기구 등)을알아보기 위하여 측정 주파수는 100 Hz 5 MHz, 온도는 30 650 ◦C 범위 에서 임피던스 스펙트럼을측정하였다. 복소임피던스의 Col-Col 그래프에서 두 개의 반원을 보이는 특성을 벌크와 결정층면의경계에 의한 이중 회로를 나타내었으며 non-Debye 형의 완화를 형성하였다. 모듈러스 (M ′′) 스케일링의거동으로부터 동적 완화는 Cu 도핑 양과 온도에 무관하였고, 전도는 산소이온 공핍의 깡충뛰기 전도기구로나타내었다. 교류전기전도도는 멱급수 법칙 ac = A!s 을 만족시켰으며 지수 s 의 크기는 0:06 s 1 이었고, Arrhenius 식으로 구한 활성화 에너지 Ea 는 입방정계에서 시료 x = 0.01 경우 0.91 eV, x = 0.04 경우 0.84 eV 이었다.

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