Temperature Dependences of the Dielectric and the Electrical Properties of Stoichiometric and Na-excess (Na 0.53 K 0.47 )(Nb 0.55 Ta 0.45 )O 3 Piezoelectric

Vol. 65, No. 6, June 2015, pp. 536∼541

Temperature Dependences of the Dielectric and the Electrical Properties of Stoichiometric and Na-excess (Na _0.53 K _0.47 )(Nb _0.55 Ta _0.45 )O ₃ Piezoelectric

Ceramics

M. S. Kim · J. S. Kim ^∗ · M. H. Kim · T. K. Song · J. H. Lee

School of Advanced Materials Engineering, Changwon National University, Changwon 641-773, Korea

T. G. Park · J. Park

Department of Electronic & Mechanical Engineering, Changwon National University, Changwon 641-773, Korea

W. J. Kim

Department of Physics, Changwon National University, Changwon 641-773, Korea (Received 15 May 2015 : accepted 28 May 2015)

We have prepared lead-free Ta-substituted (Na

0.53−x

K

0.47

)(Nb

0.55

Ta

0.45

)O

3

(NKNT) ceramics by using the solid-state reaction method and investigated the dielectric and the electrical properties of the stochiometric (x = 0) and the Na-excess (x = 0.015) compositions in the temperature range from 30

^◦

C to 600

^◦

C and in the frequency range from 1 Hz to 10 MHz. Two dielectric peaks, corresponding to the cubic-tetragonal and the tetragonal-orthorhombic transitions, were observed at T

C

= 156

^◦

C and T

O−T

= 40

^◦

C, respectively. Especially, the Na-excess NKNT ceramic had a low dielectric loss and improved piezoelectric properties. The Ac conductivity linearly increased at temperatures above 350

^◦

C, and the impedance Cole-Cole plot exhibited two arcs, a grain arc and a grain-boundary arc. The activation energies obtained from the ac and the dc conductivities were estimated to be about 1.0 eV.

PACS numbers: 77.22.-d, 77.84.Ek, 77.84.-s

Keywords: (Na

0.5

K

0.5

)NbO

3

, NKN, Lead-free, Dielectric, Piezoelectric, Phase transition, Ta ion addition

×

D] K ¡W ë s  ] Ø õ m Í Na Ê ÝÆ S Ë (Na 0.53 K _0.47 )(Nb _0.55 Ta _0.45 )O ₃ °  q ¹ Å : g à k Ä­ Ž8 ý Æ X Øy ¢; c



 \ ¥ – ¥ ¹ Å õ m Í  ¹ ÅM   ¹ Åy ¢ — ¤V R Ë



™ » * > ¬ £ ·  ™ » . > ¬ £ ^∗ ·  ™ »' å ‡ Ú · ö ¶ B? - ! H · T < g ` @

‚

½ Ó" é ¶ @ /† < Ɠ § ’  ™ èF / B N † < Æ Ò, ‚ ½ Ó" é ¶ 641-773

ƒ

‘

š? # Þ · ƒ ‘ š ø ¶ B¦ 

‚

½ Ó" é ¶ @ /† < Ɠ § „  l ·l > / B N † < Æ Ò, ‚ ½ Ó" é ¶ 641-773



™ » 4 w H+ ä 

‚

½ Ó" é ¶ @ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ , ‚ ½ Ó" é ¶ 641-773 (2015¸   5 Z 4 15{ 9  ~ à Î6 £ §, 2015¸   5 Z 4 28{ 9  > F  S X ‰& ñ )

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in

any medium, provided the original work is properly cited.

Keywords: (Na

0.5

K

0.5

)NbO

3

, NKN, Á ºƒ   (lead-free), Ä »„  : £ ¤$ í , · ú š„  : £ ¤$ í ,  © œ„  s , Ta s “ : r ' ‘ 

I. " e  ] Ø

Ä

ºÃ ºô  Ç · ú š„   x 9  Ä »„   : £ ¤$ í `  ¦ ° ú   H Pb(Zr,Ti)O 3 (PZT)

>

 [ j b ” Û ¼  H y Œ •7 á x G ' p" f x 9  " l oÆ Ó\ s ' – Ð V , o   6   x ÷ &

“

¦ e ”   [1]. Õ ª Q
 s  PZT>  Ó ü t| 9 “ É r ± ú š (Pb)s  Ÿ í† < ʝ ) a Ä

»ƒ  >  í ß – oÓ ü t s  9, ± ú š“ É r ™ è _  ] j› ¸ x 9  ` ‚l \ " f | 9 # î

`

 ¦ Ä »µ 1 Ï “ ¦ ¢ ¸ ¨ 8 Š ⠚ ¸% i `  ¦  l ô  Ç . s – Ð “   # Œ Ä »ƒ  

>

 PZT [ j b ” Û ¼\  ¦ @ /^ ‰½ + É • 2 ;¨ 8 Š â Á ºƒ  >  [ j b ” Û ¼_ 

>

hµ 1 Ïs  r / å L ô  Ç  © œ S ! s  .

Saito1 p x s  Li ⁺ , Ta ⁵⁺ , Sb ⁵⁺ `  ¦ u  ¨ 8 Š # Œ · ú š„  : £ ¤$ í s  Ä º Ã

ºô  Ç (Na 0.5 K 0.5 )NbO 3 ( s   NKN)>  [ j b ” Û ¼\  ¦ > hµ 1 Ï ô

 Ç s  Ê ê Á ºƒ  >  NKN>   H Ä »ƒ  >  PZT> \  ¦ @ /^ ‰½ + É · ú š

„

  F « і Ð 6 £ x6   x: £ ¤$ í † ¾ Ó © œ\    É r ´ ú §“ É r ƒ  ½ ¨ s À Ò# Qt 

“

¦ e ”   [2–16]. s „   ƒ  ½ ¨\  _  €   Li ⁺ , Ta ⁵⁺ , Sb ⁵⁺  NKN \  u  ¨ 8 ŠH † d \     orthorhombic-tetragonal  © œ„  s 

“

: r • ¸ (T ^O−T )  y © œ  9, { 9 & ñ | ¾ Ó u  ¨ 8 Š ÷ &% 3 `  ¦ M : T ^O−T

  © œ“ : r \  0 Au  >   ) a  . NKN>  [ j b ” Û ¼  H tetrago- nal õ  orthorhombic  © œs  / B N” > r  9, s   © œ/ B N” > r : £ ¤$ í “ É r PZT > _  › ¸$ í  © œ â >  (mophotropic phase boundary, MPB) : £ ¤$ í õ  Ä »   . NKN> \ " f
 
  H · ú š„   : £ ¤

$ í

“ É r  © œ â >  › ¸] X õ  x 9 ] X ô  Ç › ' aº  $ í s  e ”   H  כ Ü ¼– Ð · ú ˜ 9 4

R e ”   [6–14].

‘

: r ƒ  ½ ¨h Ë >“ É r Ta ⁵⁺ \  ¦ u  ¨ 8 Š ô  Ç NKN [ j b ” Û ¼\  ¦ ] j› ¸ 

%

i “ ¦, s p  Ä »„   x 9  · ú š„   : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Г ¦ô  Ç   e ”  . ™ è   ×  æ 6

fµ 1 Ï$ í s  y © œô  Ç Na M :ë  H \  Z  }“ É r x 9 • ¸\  ¦ ° ú   H NKN >  ™ è

 

^ ‰_  ] j› ¸ # Q§ >   [8,16]. s  ™ è   ë  H ] j\  ¦ K    l  0

AK  \ P ç ß –$ í + þ A (hot pressing, HP) [16], ~ ½ ӄ   e  ¦  Ý ¼  ™ è

 

 (spark plasma sintering, SPS) [15]1 p x \  _ ô  Ç ] j› ¸ ~ ½ Ó Z O

s  ƒ  ½ ¨÷ &“ ¦ e ” Ü ¼
 Z  }“ É r q 6   x ë  H ] j– Ð z  ´] j & h 6   x \   H

#

Q 9¹ ¡ § s  e ”  .

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H Na 6 fµ 1 Ï x 9  ˜ Ð © œ\    É r Ä »„   x 9  „  l 

„

 • ¸ : £ ¤$ í `  ¦ ¨ î  l  0 AK   o† < ƀ ª œ : r (x = 0.0) õ  Na õ 

∗

E-mail: [email protected]

e ç

(x = 0.015) (Na _0.53+x K 0.47 )(Nb 0.55 Ta 0.45 )O 3 [ j b ”  Û

¼\  ¦ ] j› ¸ % i  . “ : r • ¸\    É r Ä »„   : £ ¤$ í õ  Å Ò à º\   

 É

r „  l  „  • ¸ x 9  e ” x ~  Û ¼_  „  l & h  : £ ¤$ í `  ¦ ¨ î  % i “ ¦,

· ú

š„   : £ ¤$ í _  † ¾ Ó © œõ  „  l  „  • ¸ : £ ¤$ í õ _  › ' aº  $ í `  ¦ ¶ ú ˜( R

˜ Ѐ Œ ¤ .

II. ÷ m Ç ] M ö

Ta s  45 mol% u  ¨ 8 Š ) a (Na 0.53+x K 0.47 )(Nb 0.55 Ta 0.45 ) O ₃ (NKNT) › ¸$ í \ " f  o† < ƀ ª œ : r (x = 0.0) x 9  Na õ e ç (x

= 0.015) NKNT [ j b ” Û ¼\  ¦ “ ¦ © œ ì ø Í6 £ xZ O  (Solid-State Reaction Method) Ü ¼– Ð ] j› ¸ % i Ü ¼ 9, Na ² CO 3 (Sigma- Aldrich 99.95%), K ₂ CO ₃ , (Aldrich 99.995%), Nb ₂ O ₅ (Junsei 99.9%), Ta 2 O 5 (Alfa Aesar 99.993%)\  ¦ " é ¶ « Ñì  r

´ ú

˜– Ð  6   x % i  . €  $  „   $ Ö  ¦ – Ð K { © œ › ¸$ í `  ¦ g A| ¾ Óô  Ç Ê

ê, s  ì  r ´ ú ˜`  ¦ Nalgene # î \  V , % 3 “ ¦, s  ì  r ´ ú ˜`  ¦ ¸ ú ˜ ™ D ¥ ½ + Ë  l

 0 AK  t Ø Ô ïm   (YSZ) ^  ¦ õ  Á ºÃ º \ ò ø Í`  ¦`  ¦ † < Êa  V , 

#

Q 2r ç ß – 1 l x î ß – ^  ¦ x 9 a A % i  . x 9 a A Ê ê 90 ^◦ C _  š ¸‘ É r \ " f 12 r ç ß – 1 l x î ß – | › ¸  ) a ì  r ´ ú ˜“ É r 750 ^◦ C \ " f 5r ç ß – 1 l x î ß – 1 

™ è\  ¦ % i  . ¢ ¸ 7 á §  8 ç  H{ 9 ô  Ç ™ è ì  r ´ ú ˜`  ¦ ë ß –[ þ t l  0 A K

 850 ^◦ C \ " f 5r ç ß – 1 l x î ß – 2  ™ è\  ¦ % i  . PVA 0.5 wt%\  ¦ ' ‘ ô  Ç NKNT ™ è ì  r ´ ú ˜\  150 MPa_  · ú š§ 4 `  ¦

 # Œ f ”  â 10 mm, ¿ ºa  ∼1 mm“   " é ¶ ó ø Í+ þ A r ¼ # `  ¦ ] j

›

¸ % i “ ¦, þ j7 á x& h Ü ¼– Ð s  r ¼ # `  ¦ 1180 ^◦ C \ " f 4r ç ß – 1 l x î

ß – ™ è   % i  .

Å

Ò ‰ & ³p  â (Scanning Electron Microscope, SEM, Jeol, JMS-5610) Ü ¼– Ð ™ è   ) a r ¼ # _  ³ ð€   p [ j½ ¨› ¸\  ¦ › ' a 8

£

¤ % i  . ¢ ¸  Ø Ôv B jX <Û ¼ (Archimedes) " é ¶ o – Ð x 9 • ¸\  ¦

>

í ß – % i “ ¦, X-‚    r] X  © œu  (XRD, MiniflexII, Rigaku)– Ð

 

& ñ ½ ¨› ¸\  ¦ ì  r$ 3  % i  . Ä »„   x 9  „  l  „  • ¸ : £ ¤$ í `  ¦ ¨ î 

l  0 AK  0.5 mm ¿ ºa – Ð r ¼ # `  ¦ ƒ   ô  Ç Ê ê € ª œ ³ ð€  \ 

“

É r (Ag) „  F G`  ¦ • ¸Ÿ í % i “ ¦, „  F G _  ¢ - a„  ô  Ç ] X ‚ à Ì`  ¦ 0 AK 

650 ^◦ C \ " f 30 ì  r ç ß – \ P % ƒo  % i  . 30 ì  r ç ß – 4 kV/mm_ 

Fig. 1. SEM images and density of (Na _0.53+x K _0.47 ) (Nb 0.55 Ta 0.45 )O 3 ceramics sintered at 1180 ^◦ C for 4h.

f ”

À Ó „  · ú š`  ¦ r ¼ # \   # Œ ì  rF G (poling) % ƒo  # Œ · ú š

„

 > à º 8 £ ¤& ñ l  (piezo-d ³³ meter, IACAS, ZJ-6B) – Ð · ú š„   :

£ ¤$ í `  ¦ 8 £ ¤& ñ % i “ ¦, 30 ∼ 600 <sup>◦</sup> C _  “ : r • ¸ # 3 0 Aü < 1 Hz ∼ 10 MHz _  Å Ò à º # 3 0 A\ " f   É r Ä »„   x 9  „  l & h  : £ ¤$ í `  ¦ e ”

x ~  Û ¼ ì  r$ 3 l  (Impedance Analyzer, SI1260)– Ð ì  r$ 3 

% i  .

III. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý

Figure 1“ É r  o† < ƀ ª œ : r x 9  Na õ e ç NKNT [ j b ” Û ¼_  SEM ³ ð€   p [ j ½ ¨› ¸ü < x 9 • ¸\  ¦
  · p  כ s  . ¿ º NKNT [

j b ” Û ¼_  { 9 >  (grain) — ¸€ ª œ“ É r „  ^ ‰& h Ü ¼– Ð y Œ •s  ”   ¹ ¢ ¤

€

 ^ ‰ + þ AI \  ¦
 ? /% 3  . s   H NKN >  [ j b ” Û ¼ ° ú   H { 9

> ü < Ä » ô  Ç — ¸€ ª œs  . ô  Ǽ #   o† < ƀ ª œ : r NKNT [ j b ”  Û

¼\  q K  Na õ e ç NKNT [ j b ” Û ¼_  { 9 >   H  8 & & ’  Ü

¼ 9,  © œ@ /& h Ü ¼– Ð l / B N s  & h # Q”    כ `  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ”  .

ô

 Ǽ #   o† < ƀ ª œ : r NKNT [ j b ” Û ¼_  x 9 • ¸  H 5.43 g/cm ³ `  ¦ 8

£ ¤& ñ  ) a ì ø ̀   Na õ e ç NKNT [ j b ” Û ¼_  x 9 • ¸  H 5.53 g/cm ³ Ü ¼– Ð 8 £ ¤& ñ ÷ &# Q Na õ e ç NKNT [ j b ” Û ¼_  x 9 • ¸

 7 £ x  % i  .

Figure 2  H ¿ º NKNT [ j b ” Û ¼_  XRD  r] X  J ‡  `  ¦

  · p  כ Ü ¼– Ð, 8 £ ¤& ñ õ & ñ \ " f
 
  H š ¸ \  ¦ ˜ Ð& ñ  l

 0 AK  “ ¦í  H • ¸ 5N_  z  ´o – B H ì  r ´ ú ˜`  ¦ ³ ðï  rÓ ü t| 9 – Ð  6   x 

%

i  .  o† < ƀ ª œ : r x 9  Na õ e ç NKNT [ j b ” Û ¼_  XRD J 

‡

 \ " f NKNT [ j b ” Û ¼  H s   © œs  \ O   H é ß –{ 9  © œ_  ` …

–

ÐÚ ÔÛ ¼ s à Ô ½ ¨› ¸\  ¦ ¸ ú ˜ Ä »t † < Ê`  ¦ S X ‰ “   % i  . ô  Ǽ #  2Θ

= 44 ^◦ ∼ 47 ^◦ \ " f
 
  H XRD  r] X  J ‡  `  ¦ S X ‰ @ / # Œ

 ? /% 3  . (002)ü < (200)– Ð ì  r o ÷ &  H XRD x ß ¼
 

z Œ ¤Ü ¼ 9 s   H Ta _  ' ‘ \     T ^O−T   © œ“ : r   H % ƒ– Ð s

1 l x # Œ orthorhombic-tetragonal  © œs 
 
l  M :ë  H s

 . s \     XRD  r] X  J ‡  `  ¦ tetragonal  © œÜ ¼– Ð 

&

ñ # Œ Mill indexing # Œ Õ ªa Ë >\  ³ ðr  % i  . ¿ º NKNT

Fig. 2. (Color online) XRD patterns of (Na _0.53+x K _0.47 ) (Nb _0.55 Ta _0.45 )O ₃ ceramics.

Fig. 3. (Color online) Temperature dependent dielectric constants of (Na 0.53+x K 0.47 )(Nb 0.55 Ta 0.45 )O 3 ceramics at 1 kHz.

[

j b ” Û ¼  H 1 l x{ 9 ô  Ç XRD  r] X  x ß ¼\  ¦ 4 R   & ñ ½ ¨› ¸& h  Ü

¼– Ð " f– Ð Ä » † < Ê`  ¦ · ú ˜ à º e ”  .

· ú

š„   [ j b ” Û ¼_  · ú š„   : £ ¤$ í `  ¦ ¨ î  l  0 AK   o† < ƀ ª œ



: r x 9  Na õ e ç NKNT [ j b ” Û ¼_  · ú š„  > à º d 33 \  ¦ 8 £ ¤& ñ

% i  .  o† < ƀ ª œ : r NKNT [ j b ” Û ¼_  d ³³   H 280 pC/N Ü ¼

–

Ð, Na õ e ç NKNT_  d ³³   H 336 pC/N Ü ¼– Ð 8 £ ¤& ñ ÷ &# Q Na õ

e ç NKNT [ j b ” Û ¼_  · ú š„   : £ ¤$ í s  † ¾ Ó © œ÷ &% 3 6 £ §`  ¦ · ú ˜ Ã

º e ”   [7].

Figure 3“ É r  o† < ƀ ª œ : r x 9  Na õ e ç NKNT [ j b ” Û ¼_  Ä

»„    © œÃ º (ε)\  ¦
 ? /% 3  . s  M : Ä »„   © œÃ º  H 30 ^◦ C ∼ 600 ^◦ C _  “ : r • ¸ # 3 0 Aü < 1 kHz_  Å Ò à º 8 £ ¤& ñ  ) a   õ \  ¦

 ? /% 3  . Na õ e ç NKNT [ j b ” Û ¼  H orthorhombic- tetragonal  © œ„  s  (T ^O−T ) ü < cubic-tetragonal  © œ„  s  (Ç © o

 “ : r • ¸, T ^C ) \  K { © œ   H ¿ º > h_  x ß ¼
 z Œ ¤Ü ¼ 9 T O−T   H 40 ^◦ C, T C   H 156 ^◦ C – Ð 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3  . ô  Ǽ #   o

†

< ƀ ª œ : r NKNT [ j b ” Û ¼_   © œ„  s  “ : r • ¸ (T C )  H 150 ^◦ C

\

" f S X ‰ “  ÷ &% 3 Ü ¼
 T O−T   H " î S X ‰ > 
 
t  · ú §€ Œ ¤ .

Fig. 4. (Color online) Temperature dependent dielectric losses of (Na _0.53+x K _0.47 )(Nb _0.55 Ta _0.45 )O ₃ ceramics at 1 kHz.



o† < ƀ ª œ : r NKNT [ j b ” Û ¼\  q K  Na õ e ç NKNT [ j  b ”

Û ¼  H T C Â Ò   H \ " f Ä »„   © œÃ º ß ¼“ ¦ Ä »„   x ß ¼ Ì º§  ô

 Ç  © œ„  s  : £ ¤$ í `  ¦
 ? /% 3  . ¢ ¸ô  Ç Inset Õ ªa Ë >\ " f Na õ

e ç NKNT [ j b ” Û ¼  H “ : r • ¸\    É r T O−T _     o Ì º

§ Â

> 
 z Œ ¤ .   " f Na õ e ç “ É r  8 › ¸x 9 ô  Ç p [ j½ ¨› ¸ ü

<  8 Z  }“ É r x 9 • ¸\  ¦ ° ú   H 1 p x   & ñ $ í  © œ\    É r : £ ¤$ í s  a % ~



& ’ l  M :ë  H \ 
 
  H   õ – Ð ˜ Г   .

Figure 4  H Ä »„   © œÃ ºü < ° ú  “ É r › ¸| \ " f 8 £ ¤& ñ  ) a NKNT [

j b ” Û ¼_  Ä »„   ’ < Hz  ´ (tan δ)`  ¦
  · p  כ s  .  o† < ƀ ª œ



: r NKNT [ j b ” Û ¼\  q K  Na õ e ç NKNT [ j b ” Û ¼  H T C x 9  T _O−T \ " f Ì º§  ô  Ç Ä »„  ’ < Hz  ´ x ß ¼\  ¦
 ? /% 3  .

ô

 Ǽ #  ¿ º NKNT [ j b ” Û ¼  H T C “ : r • ¸ ˜ Ð  Z  }“ É r 300 ^◦ C

\

" f " f" fy  Ä »„   ’ < Hz  ´s  7 £ x   9 : £ ¤ y  350 ^◦ C s  © œ\ 

"

f / å L   >  7 £ x ô  Ç . s   H \ P & h Ü ¼– Ð  Ö ¸$ í  o  ) a s “ : r „  

•

¸ü < ƒ  › ' a ÷ &  H  כ Ü ¼– Ð ^  ¦ à º e ”  . ¿ º NKNT [ j b ” Û ¼



 H €  • 0.02_  ± ú “ É r Ä »„   ’ < Hz  ´`  ¦
 ? /% 3  . Õ ª Q
 z  ´“ : r Â

Ò   H \ " f  o† < ƀ ª œ : r NKNT [ j b ” Û ¼_  Ä »„   ’ < Hz  ´s  Z  } Ü

¼ 9 s   H · ú š„   : £ ¤$ í \ 
œ É r % ò † ¾ Ó`  ¦ p • 2 ; .

Figure 5  H  o† < ƀ ª œ : r x 9  Na õ e ç NKNT [ j b ” Û ¼_ 

“

§À Ó (ac) „  l  „  • ¸• ¸\  ¦ 10 Hz ∼ 100 kHz _  Å Ò à º\ 

"

f 8 £ ¤& ñ # Œ “ : r • ¸_  % i † < Êà º (1000/T)– Ð
  · p  כ s  .

s

 ac „  l  „  • ¸• ¸  H  6 £ § à ºd ” `  ¦ : Ÿ x K  ) ‡Ã ºÂ Ò Ä »„    © œ Ã

º (ε ⁰⁰ )\  ¦ 8 £ ¤& ñ # Œ > í ß – % i  .

σ ⁰ (ω) =  0 ω ⁰⁰ (1)

#

Œl " f σ ⁰   H „  l „  • ¸• ¸, ω  H y Œ • Å Ò à º,  0   H ”  / B N Ä »„   Ö

 ¦ s  .



o† < ƀ ª œ : r x 9  Na õ e ç NKNT [ j b ” Û ¼  H Å Ò à º\   

 É

r „  l  „  • ¸ : £ ¤$ í `  ¦
  · p . s  ac „  l  „  • ¸• ¸  H Å Ò 

à º\    É r   ñi ç (hopping) „  • ¸l ½ ¨– Ð [ O " î  ) a  . ô  Ç

Fig. 5. (Color online) Reciprocal temperature depen- dent ac conductivity of (Na _0.53+x K _0.47 )(Nb _0.55 Ta _0.45 )O ₃ ceramics at 10 Hz ∼ 100 kHz.

¼

#  350 ^◦ C s  © œ\ " f s  ac „  l  „  • ¸• ¸  H / å L   >  7 £ x

  9 Å Ò à ºü < Á º › ' a >  
– Ð ½ + Ë5 gt   H X < s   H \ P 

&

h Ü ¼– Ð  Ö ¸$ í  o  ) a s “ : r Ü ¼– Ð “  K  f ” À Ó (dc) „  l  „  • ¸• ¸ (σ dc )  7 £ x  # Œ
 
  H : £ ¤$ í Ü ¼– Ð s K   ) a  . ô  Ǽ #  Na õ

e ç NKNT [ j b ” Û ¼  H Å Ò à º\    É r î ß –& ñ & h “   „  • ¸ :

£ ¤$ í `  ¦
 ? /  H ì ø ̀    o† < ƀ ª œ : r NKNT [ j b ” Û ¼  H “ : r

•

¸ 80 ^◦ C \ " f  © œ“ : r Ü ¼– Ð y Œ ™™ è† < Ê\     ± ú “ É r Å Ò à º_  ac „  l  „  • ¸• ¸  H / å L   >  7 £ x ô  Ç .  o† < ƀ ª œ : r NKNT [

j b ” Û ¼_  s  „  l  „  • ¸• ¸  H   † < Ê : £ ¤$ í Ü ¼– Ð s K   ) a  .

7

£ ¤, Na 6 fµ 1 Ï\    É r   † < Ês  Ò q t$ í ÷ &# Q ± ú “ É r “ : r • ¸\ " f• ¸ s

“ : r \  _ ô  Ç „  • ¸
 
  H  כ Ü ¼– Ð Ò q ty Œ •÷ & 9, s  „  l 

„

 • ¸• ¸ ¢ ¸  H Ä »„  ’ < Hz  ´– Ð “  K  ì  rF G (poling) õ & ñ \ " f Ø  æ ì

 r ô  Ç „  · ú š`  ¦  t  3 l w ½ + É ÷  r  m   · ú š„   : £ ¤$ í ¢ ¸ô  Ç $ 

  ) a  .

Figure 6“ É r 300 ∼ 600 ^◦ C _  “ : r • ¸ # 3 0 A\ " f 8 £ ¤& ñ  ) a Na õ

e ç NKNT_  4 Ÿ ¤ ™ èe ” x ~  Û ¼ Cole-Cole plot`  ¦
  · p  כ s

 . 8 £ ¤& ñ  ) a e ” x ~  Û ¼ Õ ªA á ԍ  H ¿ º > h_    ñ (arc)\  ¦


Fig. 6. (Color online) Impedance spectroscopy of (Na 0.545 K 0.47 )(Nb 0.55 Ta 0.45 )O 3 ceramics at 300 ∼ 600

◦ C.



? /% 3 “ ¦ y Œ •y Œ •“ É r { 9 >  (grain) x 9  { 9 > €   (grain bound- ary) \  _ ô  Ç e ” x ~  Û ¼ : £ ¤$ í `  ¦
  · p . “ : r • ¸ 7 £ x † < Ê

\

      ñ_  + þ A © œ\   H  H    o
 
t  · ú §€ Œ ¤Ü ¼
   ñ _

 ß ¼l   H “ : r • ¸ 7 £ x † < Ê\     & h & h   Œ • & ’  . s    1

l

x“ É r “ : r • ¸ 7 £ x † < Ê\     $ † ½ Ós  y Œ ™™ è† < Ê`  ¦ _ p   9 s

  H Fig. 5 _  “ ¦“ : r \ " f „  l  „  • ¸• ¸ 7 £ x    H  1 l x õ  { 9

u ô  Ç .

Figure 7(a) ü < 7(b)  H 10 Hz _  ac „  l  „  • ¸• ¸ü < e ” x 

~

 Û ¼ ì  r$ 3 \ " f % 3 “ É r dc „  l „  • ¸\  ¦ y Œ •y Œ •
 ? /% 3  . “ : r

•

¸\    É r „  l  „  • ¸• ¸_  : £ ¤$ í “ É r Eq. (2) _   Y Um Ä ºÛ ¼ d ”

`  ¦  Ø Ô 9, s   H “ : r • ¸\     \ P & h Ü ¼– Ð  Ö ¸$ í  o  ) a s “ : r _

 „  • ¸ : £ ¤$ í Ü ¼– Ð s \  ¦ : Ÿ x K   Ö ¸$ í  o \  -t  (E a )\  ¦ ½ ¨½ + É Ã

º e ”  .

σ = σ ₀ exp



− E a

k _B T



(2)

#

Œl " f σ 0   H t à º “   , E a   H  Ö ¸$ í  o \  -t , k B   H ^  ¦ Þ Ô ë

ß –  © œÃ º, T   H ] X @ / “ : r • ¸s  .

8

£ ¤& ñ Å Ò à º ± ú `  ¦ à º2 Ÿ ¤ ac „  l  „  • ¸• ¸ (σ ac )  H dc

„

 l  „  • ¸• ¸ (σ dc ) \  ¾ ú šl  M :ë  H \  10 Hz_    õ \  ¦  

Fig. 7. (Color online) Reciprocal temperature dependent ac & dc conductivity (Na 0.545 K 0.47 )(Nb 0.55 Ta 0.45 )O 3 ce- ramics.

6  

x % i  .  o† < ƀ ª œ : r NKNT [ j b ” Û ¼_   Ö ¸$ í  o \  -t  (E a )  H 1.05 eV, Na õ e ç NKNT [ j b ” Û ¼  H 1.00 eV – Ð

 z Œ ¤ . Figure 7(b)  H Na õ e ç NKNT [ j b ” Û ¼_  { 9 

>

 $ † ½ Ó (R grain ) Ü ¼– РÒ'  % 3 “ É r dc „  l  „  • ¸• ¸\  ¦
 



· p  כ Ü ¼– Ð > í ß –  ) a  Ö ¸$ í  o \  -t   H 1.01 eV – Ð
 z Œ ¤ .

{ 9

ì ø Í& h Ü ¼– Ð ` …– ÐÚ ÔÛ ¼ s à Ô ½ ¨› ¸\ " f í ß –™ è s “ : r _  s 1 l x

\

 _ ô  Ç  Ö ¸$ í  o \  -t  €  • 1 eV – Ð ˜ Г ¦÷ &“ ¦ e ”   [17, 18].   " f NKNT [ j b ” Û ¼_   Ö ¸$ í  o \  -t   H “ ¦“ : r \ 

"

f í ß –™ è s “ : r _  s 1 l x \  _ ô  Ç ”  $ í „  l  „  • ¸ l ½ ¨– Ð ó ø Í é

ß –  ) a  .

{ 9

ì ø Í& h Ü ¼– Ð NKN [ j b ” Û ¼  H ™ è   ×  æ 6 fµ 1 Ï÷ &  H Na Ü ¼

–

Ð “  K  Na / B N/ B N õ  í ß –™ è / B N/ B N _    † < Ês  Ò q t$ í  ) a  . ™ è   r

 6 fµ 1 Ï÷ &  H Na“ É r „    ˜ Ð © œ`  ¦ 0 AK  í ß –™ è / B N/ B N (V O ¨ )`  ¦ ë

ß –[ þ t 9   † < Ê ì ø Í6 £ xd ” “ É r  A ü < ° ú  s  ³ ðl   ) a  .

N a ^× _{N a} + O _o ^× ⇒ 2V N a + V O ¨ + N a 2 O(g)

™

è   õ & ñ \ " f µ 1 ÏÒ q t÷ &  H   † < ÊÜ ¼– Ð  o† < ƀ ª œ : r NKNT  H

Na õ e ç NKNT\  q K   8 ´ ú §“ É r   † < Ê: £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ðs  9, “ : r

Ä

»„  í – oÓ _  „ l  „ • ¸ : í
 ? / 9, “ ¦“ \ " f
 


  H „  l „  • ¸  H í ß –™ è s “ : r \  _ ô  Ç ”  $ í „  • ¸ l ½ ¨ : £ ¤

$ í

`  ¦
  · p .

IV. + s Ç Â ] Ø

(Na 0.53+x K 0.47 )(Nb 0.55 Ta 0.45 )O 3 (NKNT, x = 0.0, 0.015) [ j b ” Û ¼_   o† < Æ| ¾ ӏ : r x 9  Na õ e ç \    É r Ä »„   x 9 

„

 l & h  : £ ¤$ í `  ¦ ¨ î  % i  . NKNT [ j b ” Û ¼_  ¿ º  © œ„   s

 “ : r • ¸ T ^O−T ü < T ^C  40 ^◦ C ü < 156 ^◦ C \ " f
 z Œ ¤Ü ¼ 9, Na õ e ç NKNT [ j b ” Û ¼_  Ä »„    © œÃ º 7 £ x  % i “ ¦, : £ ¤ y

 T ^O−T ü < T ^C _   © œ„  s  x ß ¼ Ì º§  > 
 z Œ ¤ . s 



 H Na õ e ç NKNT [ j b ” Û ¼  H  8 › ¸x 9 ô  Ç p [ j½ ¨› ¸ü <  8 Z

 }“ É r x 9 • ¸\  ¦ 4 R $ í  © œ\    É r   & ñ : £ ¤$ í s  a % ~  & ’ l  M : ë

 H“    כ Ü ¼– Ð ˜ Г   .  o† < ƀ ª œ : r NKNT [ j b ” Û ¼\  q K  Na õ e ç NKNT [ j b ” Û ¼  H  © œ“ : r  H % ƒ\ " f 0.02 s  _ 

± ú

“ É r Ä »„   ’ < Hz  ´`  ¦
 ? /% 3 “ ¦, · ú š„  > à º d ³³   H 336 pC/N Ü

¼– Ð 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3  . 350 ^◦ C s  © œ\ " f dc „  l  „  • ¸_  l # Œ

–

Ð NKNT [ j b ” Û ¼_  ac „  l  „  • ¸• ¸  H ‚  + þ A& h Ü ¼– Ð 7 £ x

 % i “ ¦, 300 ^◦ C s  © œ\ " f 4 Ÿ ¤ ™ èe ” x ~  Û ¼  H { 9 > ü < { 9 

>

€  \  _ ô  Ç ¿ º > h_    ñ\  ¦
 ? /% 3  . 350 ^◦ C s  © œ_  “ ¦

“

: r \ " f dc „  l  „  • ¸• ¸ü < ac „  l  „  • ¸• ¸\  ¦ : Ÿ x K  % 3 “ É r  Ö ¸

$ í

 o \  -t  (E a )  H 1.00 eV – Ð > í ß –÷ &% 3 “ ¦, „  l  „  • ¸  H í

ß –™ è s “ : r \  _ ô  Ç ”  $ í „  • ¸ : £ ¤$ í Ü ¼– Ð
 z Œ ¤ .

ACKNOWLEDGEMENTS

This work was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF) grant funded by the Ko- rea government (MSIP) (2011-0030058). This work was supported by a National Research Foundation of Ko- rea Grant funded by the Korean Government (2010- 0023129).

Lett. 85, 4124 (2004).

[4] M. Matsubara, T. Yamaguchi, W. Sakamoto, K.

Kikuta and T. Yogo et al., J. Am. Ceram. Soc. 88, 1190 (2005).

[5] J. S. Kim, J. S. Kim, I. W. Kim, C. W. Ahn and S.

H. Bae, New Phys.: Sae Mulli 60, 1294 (2010).

[6] E. Hollenstein, D. Damjanovic and N. Setter, J.

Euro. Ceram. Soc. 27, 4093 (2007).

[7] Y. S. Sung, J. M. Kim, J. H. Cho, T. K. Song and M.

H. Kim et al., Appl. Phys. Lett. 96, 202901 (2010).

[8] J. Fang, X. Wang, R. Zuo, Z. Tian and C. Zhong et al., Phys. Status Solidi A 208, 791 (2011).

[9] J. F. Li, K. Wang, F. Y. Zhu, L. Q. Cheng and F.

Z. Yao, J. Am. Ceram. Soc. 96, 3677 (2013).

[10] K. S. Lee and J. H. Koh, J. KIEEME 23, 517 (2010).

[11] S. W. Kim, T. H. Lee, Y. S. Sung, J. H. Cho and T.

K. Song et al., New Phys.: Sae Mulli 60, 401 (2010).

[12] M. S. Kim, J. S. Kim, G. H. Ryu, S. Y. Lim and M.

H. Kim, New Phys.: Sae Mulli 63, 926 (2013).

[13] J. S. Kim, S. Y. Lim, M. H. Kim, T. G. Park and J.

Park, New Phys.: Sae Mulli 63, 1323 (2013).

[14] J. S. Kim, M. H. Kim, T. G. Park, J. Park, S. T.

Chung, New Phys.: Sae Mulli 64, 771 (2014).

[15] B. P. Zhang, J. F. Li, K. Wang and H. L. Zhang, J.

Am. Ceram. Soc. 89, 1605 (2006).

[16] R. Jaeger and L. Egerton, J. Am. Ceram. Soc. 45, 209 (1962).

[17] M. S. Islam, J. Mater. Chem. 10, 1027 (2000).

[18] W. L. Warren, K. Vanheusden, D. Dimos, G. E. Pike

and B. A. Tuttle, J. Am. Ceram. Soc. 79, 536 (1996).