ศึกษาอุปกรณ์พิโซอิเล็กทริกจากวัสดุชนิด Pb(Zr1 – xTix )O3-Pb(Fe1/2 Nb1/2)O3 สำหรับผลิตไฟฟ้า

การนำพลังงานจากการสั่นผันเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยใช้อุปกรณ์พิโซอิเล็กทริกเป็นประโยชน์มากด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ผลิตไฟฟ้าขนาดเล็ก ในงานวิจัยนี้ทำการสังเคราะห์วัสดุเฟร์โรอิเล็กทริก Pb(Zr0.52Ti0.48)O3-Pb(Fe1/2 Nb1/2)O3(PZT52/48-PFN)และ Pb(Zr0.58Ti0.42)O3-Pb(Fe1/2 Nb1/2)O3(PZT58/42-PFN) ด้วยวิธีปฎิกิริยาสถานะของแข็ง จากการศึกษาโครงสร้างทางจุลภาคพบว่า PFN ทำให้ PZT52/48 :ซึ่งมีโครงสร้างแบบ MPB และ PZT58/42 ซึ่งมีโครงสร้างแบบรอมโบฮีดรอล เกิดการเลื่อนไปเป็นโครงสร้างเททระกอนอล และขนาดเกรนมีขนาดเพิ่มขึ้น เมื่อเติม PFN ร้อยละ 30 โดยโมลเมื่อทำการตรวจสอบสมบัติเชิงกลระดับจุลภาคจากการสั่นของอะตอม พบว่าการเติม PFN มีผลทำให้สังเกตเห็นการสั่นของอะตอมในโครงสร้าง PZT52/48 มากกว่าโครงสร้าง PZT58/42 สำหรับการตรวจสอบพฤติกรรมไดอิเล็กทริก พบว่าวัสดุทั้งสองกลุ่มเป็นวัสดุเฟร์โรอิเล็กทริก โดยอุณภูมิที่แสดงค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูงสุดจะลดลงและมีการการกระจายตัวของค่าไดอิเล็กทริกที่ความถี่ต่างกันเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ด้วยการเติมของ PFN ในปริมาณที่มากขึ้น ศึกษาความสัมพันธ์ของสนามไฟฟ้ากับค่าโพลาไรเซชั่นได้จากวงวนฮีสเทอริซิส พบว่า PZT52/48-PFN แสดงวงวนฮีสเทอริซิสที่เรียวกว่า PZT58/42-PFN เนื่องจากความแตกต่างของการเคลื่อนที่ของโดเมนในวัสดุ สำหรับการทดสอบสมบัติพิโซอิเล็กทริก พบว่าชิ้นงานตัวอย่างมีค่าสัมประสิทธิ์ความเครียดพิโซอิเล็กทริก (d33) และค่าสัมประสิทธิ์คู่ควบเชิงกล-ไฟฟ้า ( ) ของ PZT52/48และ PZT58/42 มีค่าใกล้เคียงกัน เมื่อเติม PFN ร้อยละ 10 ลงใน PZT58/42 และ PZT52/48 จะแสดงค่า d33 และ เพิ่มขึ้น และลดต่ำลง ตามลำดับในขณะที่ค่าสัมประสิทธิ์ความต่างศักย์พิโซอิเล็กทริก ( ) ของ PZT52/48 มีค่าสูงสุด เมื่อตรวจสอบความถี่เรโซแนนซ์ ( ) และแอนไทเรโซแนนซ์ ( ) พบว่า PFN ซึ่งมีพฤติกรรมของรีแล็กเซอร์เฟร์โรอิเล็กทริก ตอบสนองด้านความถี่ได้ดีกับวัสดุ PZT ชนิดอ่อน และมีผลกระทบต่อค่าความถี่ และ ของวัสดุ PZT ชนิดแข็งเพียงเล็กน้อยเท่านั้น การศึกษาประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของวัสดุเฟร์โรอิเล็กทริกจากระบบการสั่นโดยใช้วงจรเชื่อมต่อทำให้เห็นความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้า พบว่า PZT52/48 ให้กำลังไฟฟ้าได้ดีที่สุด แสดงให้เห็นว่าการเติม PFN ทำให้สมบัติทางพิโซอิเล็กทริกลดลง แต่ทำให้สมบัติทางเฟร์โรอิเล็กทริกดีขึ้น