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Stress induced effects on piezoelectric polycrystalline potassium sodium niobate thin films

Título
Stress induced effects on piezoelectric polycrystalline potassium sodium niobate thin films
Tipo
Artigo em Revista Científica Internacional
Ano
2023
Autores
Pinho, R
(Autor)
Outra
A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. Sem AUTHENTICUS Sem ORCID
Vilarinho, R
(Autor)
Outra
A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. Ver página do Authenticus Sem ORCID
Agostinho Moreira, JA
(Autor)
FCUP
Zorro, F
(Autor)
Outra
A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. Sem AUTHENTICUS Sem ORCID
Ferreira, P
(Autor)
Outra
A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. Sem AUTHENTICUS Sem ORCID
Ivanov, M
(Autor)
Outra
A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. Sem AUTHENTICUS Sem ORCID
Tkach, A
(Autor)
Outra
A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. Sem AUTHENTICUS Sem ORCID
Costa, ME
(Autor)
Outra
A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. Sem AUTHENTICUS Sem ORCID
Vilarinho, PM
(Autor)
Outra
A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. Sem AUTHENTICUS Sem ORCID
Revista
Vol. 11
Páginas: 7758-7771
ISSN: 2050-7526
Indexação
Publicação em ISI Web of Knowledge ISI Web of Knowledge - 0 Citações
Publicação em Scopus Scopus - 0 Citações
Outras Informações
ID Authenticus: P-00Y-FFB
Abstract (EN): The piezoelectric market is ruled by lead-based compounds that should be substituted by environmentally friendly materials. Despite the substantial literature on lead-free candidates available, stress effects on the dielectric, piezoelectric and ferroelectric performance of thin films from the nano- to macroscale have been barely addressed until now. In this work, a combination of multiscale characterization techniques is used to disclose the induced mechanical deformation impact on the dielectric, polar and structural properties of polycrystalline lead-free potassium sodium niobate (KNN) thin films fabricated on platinized silicon (Pt/Si(100)), strontium titanate (Pt/STO(100)) and magnesium oxide (Pt/MgO(100)) substrates. A tensile residual stress state characterizes KNN films on Pt/Si (+210 +/- 28 MPa), while KNN films on Pt/STO and Pt/MgO (-411 +/- 18 MPa and -494 +/- 26 MPa, respectively) evidence a compressive residual stress condition. Films with the highest compressive state (on Pt/MgO) exhibit the lowest dielectric losses with the highest electric permittivity and the maximum electric polarization; concomitantly they present the most dense and homogeneous microstructure, with small grains and a narrow grain size distribution. In contrast, tensile residual stress films (on Pt/Si) show the smallest polarization with an almost negligible out-of-plane component of piezoresponse. Of relevance, phase transition temperatures are markedly affected by the type and magnitude of the residual stress: they are the lowest for KNN films on Pt/MgO and highest for KNN films on Pt/Si. The narrowest temperature range for tetragonal phase is recorded for KNN films on Pt/MgO. For the first time, an approach to generate a morphotropic phase boundary in KNN thin films by use of compressive residual stress is thus demonstrated. This work highlights the impact of stress, as a key parameter in the performance of KNN polycrystalline thin films. These results have implications in terms of understanding lead-free ferroelectric/piezoelectric behaviour and its application/commercialization.
Idioma: Inglês
Tipo (Avaliação Docente): Científica
Nº de páginas: 14
Documentos
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