Texturing (Na0.5Bi0.5)TiO3-based Electrostrictive Ceramics by Using Template Grain Growth (TGG) Method, and Their Structural, Microstructural, and Electrical Characterization = Template Grain Growth (TGG) 기법을 이용한 (Na0.5Bi0.5)TiO3 기반 Electrostrictive 세라믹스의 텍스처링과 구조적·미세구조적·전기적 특성 연구

국문 초록 (Abstract)

(Na₀.₅Bi₀.₅)TiO₃ 기반 세라믹스는 낮은 이력 손실과 안정적인 전기변형 거동으로 유망한 무연 전기변형 소재로 주목받고 있다. 본 연구에서는 상동에피택셜 NBT 플레이트릿을 이용하여 0.90(Na₀.₅Bi₀.₅)TiO₃–0.08KNbO₃– 0.02SrTiO₃ 조성의 텍스처링을 구현하였다. 최적 소결 조건에서 4 wt% 템플레이트 적용 시 로트게링 인자는 83%로 증가하였으며, 변형률(0.02%)과 분극(3 μC/cm²)이 향상되었다. 또한 130–300 °C 범위에서 안정적인 유전 특성이 유지되었고, 전기변형 계수는 비텍스처링 시편보다 약 0.004 C²m⁻⁴ 증가하였다. 본 연구는 상동에피택셜 템플레이팅이 NBT–KN–ST 세라믹스의 전기적 성능을 개선하면서 고유한 전기변형 특성을 보존함을 확인하였으며, 무연 전기변형 소재 개발의 효과적인 전략임을 제시한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

(Na₀.₅Bi₀.₅)TiO₃-based ceramics exhibit stable electrostrain with minimal hysteresis, making them promising lead-free electrostrictive materials. In this study, homoepitaxial NBT platelets were employed to texture the 0.90(Na₀ .₅Bi₀.₅)TiO₃–0.08KNbO₃–0.02SrTiO₃ composition. Under optimized sintering conditions, the addition of 4 wt% platelets increased the Lotgering factor to 83% and enhanced the strain (0.02%) and polarization (3 μC/cm²). Stable dielectric permittivity was maintained between 130–300 °C, and the electrostrictive coefficient increased by approximately 0.004 C²m⁻⁴ compared to the untex tured ceramic. These findings demonstrate that homoepitaxial templating effectively improves the electrical performance of NBT–KN–ST ceramics while preserving their intrinsic electrostrictive nature, offering a viable strategy for developing lead-free electrostrictive materials.

목차 (Table of Contents)

• 1. INTRODUCTION 1
• A. BACKGROUND 1
• B. RESEARCH TRENDS 3
• 2. THEORETICAL BACKGROUND 7
• A. PIEZOELECTRIC & ELECTROSTRICTIVE 7
• B. MODIFICATION OF NBT CERAMICS 10
• C. TEXTURED CERAMICS 18
• 3. EXPERIMENTS 23
• A (NA0.5Bi0.5)TiO3 PLATELET PREPARATION 23
• B. PREPARATION OF 0.90NBT-0.08KN-0.02ST MATRIX POWDER 26
• C. 0.90NBT-0.08KN-0.02ST TEXTURED CERAMIC DEVELOPMENT 27
• 4. RESULT AND DISCUSSION 31
• A. RESULT 31
• B. DISCUSSION 61
• 5. CONCLUSION AND FUTURE PLANS 69
• A. CONCLUSION 69
• B. FUTURE PLANS 69
• REFERENCES 71
• Abstract in Korean 87