Electrical and Mechanical Examination of PLZT Graded Structure for Photovoltaic Driven Piezoelectric Transformers

Lanthanum-modifed lead zirconate titanate (PLZT) ceramic materials have gained considerable attention due to their photostriction, which is the superposition of photovoltaic and piezoelectric effects. Idea of this photo effect implemented in construction of Piezoelectric Transformer (PT) can be used for direct coiwerting photonic energy to electrical one by implementing photostrictive actuators with piezoelectric generator in one structure of piezoelectric transformer. Possible application in electronic industry needs thoroughly electrical and mechanical characterisation of this new graded structure constructed from the PLZT/PZT material. We revealed by our measurements high electrical anisotropy of this graded structure and the Impedance Spectroscopy (IS) proved to be method capable present such ineąuality in form of well separated semicircles. Additionally for ąuality testing of the both materials integration we used nano-mechanical methods. Finally our dielectric measurement demonstrated complexity of the integration process because the summary characteristics of the graded structure is not a simply addition result of starting materials parameters but are deeply influenced by a predominant diffusion direction.

---

Roztwór stały cyrkonaniu ołowiu modyfikowany lantanem znajduje szereg zastosowań praktycznych wykorzystujących efekt fotostrykcji, który jest połączeniem efektu fotoelektrycznego z piezoelektrycznym. W przypadku transformatora piezo-ele-ktrycznego nałożenie tych dwóch efektów może zostać wykorzystane do sterowania wielkością napięcia wyjściowego przy pomocy zmiany natężenia oświetlenia. Zjawisko fotostrykcji wpływa w takim przypadku na zmianę sumarycznych wielkości współczynników piezoelektrycznych wejściowej części tego transformatora. Ta część transformatora jest wykonana z materiału fotostrykcyjnego podczas gdy, druga generatorowa część, z typowej ceramiki piezoelektrycznej PZT. Te dwie ceramiki zostały połączone w jedną strukturę w procesie spiekania, na wskutek procesu dyfuzji, tworząc monolityczny Funkcjonalny Materiał Gradientowy (FGM). Potencjalne aplikacje w zasilaczach z regulowaną przy pomocy światła wartością napięcia wyjściowego, wymagają charakterystyki właściwości elektrycznych i mechanicznych tej nowej struktury. W szczególności Spektroskopia Impedancyjna (IS) jest tu przydatną metodą badawczą ponieważ pozwala na separację i analizę wpływu poszczególnych składowych materiałów z osobna w postaci rozsuniętych półkoli. Zostały także przeprowadzone mechaniczne testy jakościowe gradientowej struktury łączącej oba materiały PLZT i PZT. W końcowym etapie przeprowadzono pomiary dielektryczne, które potwierdzają złożoność procesów integracyjnych takich struktur gradientowych ponieważ finalne charakterystyki nie są wypadkowym złożeniem przebiegów dla składowych materiałów.