|
|
The search for new spin-liquid materials - synthesis of kagome and pyrochlore fluoride magnets
Kancko, Andrej ; Colman, Ross Harvey (vedoucí práce)
Tato práce se zaměřuje na syntézu a charakterizaci nové skupiny fluoridových py- rochlorů typu AA′ B2F7: NaCdB2F7 (B = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) predikované po- mocí vypočítaného tolerančního faktoru pro pyrochlorovou strukturu, a také na syntézu nových kagomé fluoridů Na3CdCo3AlF14, Rb2SnCo3F12 a Cs2ZrCo3F12 s cílem rozšířit znalosti o frustrovaných pyrochlorových a kagomé antiferomagnetech. Techniky syntézy zahrnovaly reakce v pevné fázi, tavení v laserové peci s plovoucí zónou a pomalou krys- talizaci z taveniny. Všechny pyrochlorfluoridy byly úspěšně syntetizovány, i když pouze B = Zn, Co, Mn a Ni jako fázově čisté monokrystaly. Prášková rentgenová difrakce potvrdila strukturu Fd̄3m ve všech syntetizovaných pyrochlorech, zatímco monokrys- talová rentgenová difrakce prokázala úplnou neuspořádanost Na/Cd na poloze A a žádné A/B mezipolohové míšení v Co pyrochloru. Magnetizační měření odhalila dominantní antiferomagnetické interakce prokázané velkými negativními Curie-Weissovými teplotami (od -38 K v Mn do -108 K v Co), s přechodem do stavu spinového skla pod 4 K v B = Co, Mn a Ni, o čemž svědčí další měření AC susceptibility a tepelné kapacity v Co a Mn. Cu nevykazovalo žádné spinové zmrazení až do nejnižší měřené teploty, 1.8 K, což znamená velmi velkou magnetickou frustraci. Fe nebylo měřeno...
|
|
|
Studium feroelektrických materiálů
Kos, Lukáš ; Rozsívalová, Zdenka (oponent) ; Frk, Martin (vedoucí práce)
Tato práce je zaměřena na studium feroelektrických materiálů skupiny perovskitu a sledováním změn jejich dielektrických parametrů v teplotní a fekvenční závislosti. Jsou zde popsány krystalografické soustavy titaničitanu barnatého a jejich vliv na vlastnosti materiálu. Naměřené hodnoty jsou matematicky interpretovány pomocí Curie – Weissova zákona a diskutován vliv titaničitanu strontnatého na důležité dielektrické vlasnosti.
|
|
|
Vlastnosti perspektivních feroelektrických materiálů
Krejčí, Josef ; Frk, Martin (oponent) ; Rozsívalová, Zdenka (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá studiem vlastností a použitím perspektivních feroelektrických materiálů nacházejících uplatnění v elektrotechnickém a elektronickém průmyslu. Dále jsou v práci fyzikálně vysvětleny a matematicky popsány základní principy probíhající v jejich struktuře. Praktická část je zaměřena na sestavení pracoviště pro měření složek komplexní permitivity v kmitočtové a teplotní oblasti, ovládaného naprogramovanou měřicí a obslužnou aplikací s využitím programu Agilent VEE Pro 8.0 a MS Excel. Funkčnost pracoviště byla ověřena na vybraných materiálových vzorcích měřením a vyhodnocením vybraných vlastností. K dané problematice byl vytvořen elektronický text použitelný jako návod pro laboratorní cvičení, který je nedílnou součástí této práce.
|
|
|
Měření teploty v elektrických strojích
Halfar, Ivo ; Huzlík, Rostislav (oponent) ; Janda, Marcel (vedoucí práce)
Bakalářská práce Měření teploty v elektrických strojích se zabývá vznikem a šířením tepla u elektrických motorů a měřením teploty. Teplota je v diagnostice jednou z nejdůležitějších veličin. Vysoká teplota nám může u motorů poškodit izolaci, což může vést i ke zničení celého stroje. U motorů s permanentními magnety nám teplota ovlivňuje jejich magnetické vlastnosti, při dosažení Curieho teploty může dojít také k jeho demagnetizaci. Měření teploty je důležité k ověření dovoleného oteplení motoru. V dnešní době je měření teploty také podstatné k minimalizaci nákladů na výrobu motoru a k jeho výsledné ceně. K měření teploty je možné použít dvou metod a to dotykové a bezdotykové. Oteplení a rozložení teplot elektrického stroje lze určit také pomocí teoretických výpočtů, které vycházejí z metody konečných prvků. Tuto metodu využívá řada počítačových programů. Jelikož existuje mnoho druhů elektrických motorů, jak z hlediska jejich principu funkce, tak z hlediska jejich provedení, zaměřil jsem se na problematiku asynchronních motorů. V této bakalářské práci jsem provedl teoretický výpočet a měření dotykovou a bezdotykovou metodou oteplení asynchronního motoru.
|
|
|
An investigation of novel electroceramic structures for new sensor applications
Nan, Bo ; Liedermann, Karel (oponent) ; Milne, Steven (oponent) ; Button, Timothy William (vedoucí práce)
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.
|
|
|
Study of the synthesis and processing conditions on the structure and properties of (Ba,Ca)(Ti,Zr)O3 lead-free ceramics
Bijalwan, Vijay ; Liedermann, Karel (oponent) ; Olhero,, Susana Maria Henriques (oponent) ; Button, Timothy William (vedoucí práce)
The lead free piezoelectric ceramic is a current topic of interest to replace lead based ceramics due to the demand of environmental protection and health concerns. Different materials have been discovered so far, including (K, Na) NbO3 (KNN), (Bi, Na) TiO3 (BNT), (Bi, Na) TiO3 – BaTiO3 (BNT-BT) etc. However, their piezoelectric properties are not fully comparable to the lead based ceramics (e.g. Lead zirconate titanate ((Pb Zr)TiO3). To match the high functional properties of Pb-based materials, a new material system, (1-x)Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3 or (Ba, Ca) (Zr, Ti) O3 ((1-x)BZT-xBCT or BCZT) was recently found, which possess very high piezoelectric and dielectric properties. The drawback of this composition is its very high sintering temperature (1520°C) in order to achieve high piezoelectric properties (e.g. Piezoelectric constant d33 > 600 pC/N). In this work, based on BCZT system, ceramics with high functional properties were fabricated by addition/substitution of CeO2 while reducing its sintering temperature to 1350°C. The CeO2 addition (y = 0.07 wt.%) to (Ba0.85Ca0.15) (Zr0.1Ti0.9) O3 ceramic reduced its sintering temperature drastically and high densification was achieved at 1350°C, together with increased Curie Temperature, TC ~ 105°C, and controlled grain size ~ 10 - 13 m. The phase transition from rhombohedral to tetragonal (R-T) was identified between y = 0 - 0.1 wt.% by the X ray diffraction (XRD) which in line with the Raman spectra analysis. A detailed study of microstructural and structural characteristics is shown with its correlation to the dielectric, ferroelectric and piezoelectric properties. Best functional properties were observed for BCZT - y wt.% CeO2 ceramics where y=0.07 wt.%, in which piezoelectric constant d33 = 507±20pC/N, planar coupling coefficient kp = 51.8 %, dielectric permittivity r = 4091±100, tangent loss tan = 0.02, remenant polarization Pr = 13.58C/cm2, coercive field EC = 2.13kV/cm and normalized strain d33* or Smax/Emax = 840pm/V. The two step sintering (TSS) technique demonstrated a homogeneous grain growth and high density (~ 99% of theoretical density). (Ba0.85Ca0.15-y Cey) (Zr0.1Ti0.9) O3 (BCCeZT) lead free piezoelectric ceramics were also prepared where CeO2 was used as a substitution at A-site of BCZT’s lattice system. The shifting of XRD peaks towards higher angles suggests cell contraction and we speculate occupation of Ce ions at A site. It is found that ~ (10 - 12) m grain size is critical for the processing of high performance lead free BCCeZT ceramics. The best properties were obtained for y;Ce = 0.00135 sintered at 1350°C/4h having as d33 = 501±10 pC/N, kp = 38.5±1.92 %, Pr = 12.19 C/cm2, TC = 108.1 °C and strain (S) of 0.14 %. To investigate further the effects of A-site substitution, (Ba1-x-y Cax Cey) (Zr0.1 Ti0.9) O3 ceramics (x:Ca = 0.05, 0.10, 0.15, 0.20 and y;Ce = 0.00135) were fabricated. Again, when grain size was ~ 13um, high piezoelectric properties (d33 = 457pC/N) for x;Ca = 0.15 were observed when sintered at 1425 °C, while when grain size > 16 microns, d33 reduced below 200 pC/N. the XRD analysis shows the phase transition from orthorhombic to tetragonal as x;Ca content increases.
|
|
|
Určení kinetických parametrů reakcí pomocí DSC měření
Kopecký, Jan ; Kouřil, Miloslav (oponent) ; Jan, Vít (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá DSC měřením a výpočtem kinetických parametrů. V teoretické části je nejprve stručně popsána alotropie železa a poté popis samotné DSC analýzy. Práce také obsahuje rozdělení a odvození isokonverzních metod pro výpočet aktivační energie. V experimentální části je provedena série měření čistého železa připraveného metodou Cold Spray. V práci je zkoumán vliv deformace na Curieho teplotu magnetické přeměny v -Fe a transformace > v Fe. Pro transformaci > je vypočtena aktivační energie pro různé stupně deformace. Stupeň deformace je sledován kanálovacím kontrastem.
|
|
|
Měření parametrů piezoelektrických aktivních prvků snímačů akustické emise
Fialka, Jiří ; Erhart,, Jiří (oponent) ; Sedlák, Petr (oponent) ; Beneš, Petr (vedoucí práce)
Práce se věnuje problematice měření parametrů piezoelektrických materiálů a vlivu teploty na jejich stabilitu. V úvodní části je stručně vysvětlena problematika piezoelektrického jevu, jeho využití, způsob výroby piezoelektrických materiálů a metody měření jejich vlastností. V praktické části práce je přehledně uveden postup měření a výpočtu kompletní matice materiálových koeficientů z definovaných vzorků PZT keramiky. Postupnou úpravou dostatečně velkého disku byla vyrobena celá sada piezoelektrických vzorků pro všechny typy kmitů, splňující kritéria příslušných norem. Tenký plátek pro příčně podélné kmity, tenký disk pro radiální a tloušťkové kmity, váleček pro tloušťkově podélné kmity a tenký plátek pro tloušťkově střižné kmity. Ke stanovení matice koeficientů a popisu postupu měření byla použita keramika NCE51 firmy Noliac, příp. i starší PCM51. V obou případech se jedná o měkkou PZT keramiku složenou z tuhých roztoků zirkoničitanu olovnatého a titaničitanu olovnatého Pb(Zr1-x,Tix)O3. Vzájemný molární poměr zirkonu a titanu definuje krystalografickou strukturu uvnitř keramiky a jednotlivé fázové přechody. Skutečná struktura a chemické složení měřených vzorků byly ověřeny rentgenovou difrakční spektroskopií respektive prvkovou analýzou energiově disperzní spektroskopií (EDS). K měření vzorků a následnému výpočtu všech koeficientů byla použita frekvenční metoda. Pro měření bylo využito precizního impedančního analyzátoru Agilent 4294A a měřicí pinzety Tweezers Contact Test Fixture 16334A. Provedenými experimenty byla ověřena možnost rychlého stanovení kompletní matice koeficientů piezoelektrické keramiky bez větších nároků na výrobu sady vzorků nutných pro měření. Získaná hodnota nábojového koeficientu byla ověřena přímými metodami, optickou metodou využívající laserového interferometru, vibrometrickou metodou a metodou skokové změny síly působící na element. Na základě provedených měření a experimentů byly metody porovnány a definovány jejich výhody a nevýhody. Hlavní pozornost byla věnována problematice chování piezoelektrického materiálu při teplotách v okolí Curieova bodu. Depolarizace zvýšenou teplotou v okolí Curieova bodu je významnou materiálovou vlastností PZT keramiky, která je však obtížně měřitelná. Využití běžné vibrometrické metody (d33-metry) pro měření teplotních závislostí je technologicky náročné, proto byla použita pro stanovení teplotních závislostí frekvenční metoda. Jako indikátor zobrazující stav depolarizace PZT keramiky byl zvolen piezoelektrický nábojový koeficient, jehož hodnotu lze frekvenční metodou dobře měřit. Přesnost frekvenční metody byla ověřena porovnáním s vibrometrickou metodou na různých rozměrech válečků z PZT keramiky NCE51, určených pro podélné typy kmitů. Výsledkem práce je ověřená metodika měření, která umožňuje dosáhnout přesného stanovení hodnoty Curieova bodu, tzn. fázového přechodu keramiky do kubické krystalografické struktury. Experiment rovněž prokázal možnost postupné řízené depolarizace keramiky pomocí vysoké teploty a současně i hranice teploty, při kterých již začíná docházet k nevratné změně piezoelektrických vlastností PZT keramiky. U keramiky NCE51 respektive PCM51 dochází k nevratným změnám na 95% Curieovy teploty.
|
|
| |
|
|
Chování feroelektrik v elektrickém poli
Krejčí, Josef ; Rozsívalová, Zdenka (oponent) ; Frk, Martin (vedoucí práce)
Předložená práce popisuje vlastnosti a použití feroelektrických materiálů nacházejících uplatnění v elektrotechnickém a elektronickém průmyslu. Práce je zaměřena zejména na jejich chování v elektrickém poli o různých intenzitách a na možných diagnostických metodách. Jako nejvhodnější měřící metoda je zvolena metoda pomocí osciloskopu, která je v práci detailněji popsána. Měřicí laboratorní pracoviště pro zjišťování vlastností feroelektrických materiálů v elektrickém poli bylo s dostupným přístrojovým vybavením inovováno, následně jeho funkčnost ověřena a na vybraných vzorcích feroelektrik byla proměřena teplotní a napěťová závislost složek komplexní permitivity a elektrického stavu materiálu. K dané problematice byl také vytvořen elektronický text použitelný jako návod pro laboratorní cvičení, který je nedílnou součástí této práce.
|
host ::
RSS.