Growth and characterizations of lead-free ferroelectric KNN-based crystals

Abstract

We have grown by flux method centimeter-sized single crystals from pseudo-hexanary Li2O–Na2O–K2O–Nb2O5–Ta2O5–Sb2O3 system. Based on chemical analysis, crystals of compositions (Li0.023Na0.583K0.394)(Nb0.925Ta0.037Sb0.038)O3 and (Li0.034Na0.609K0.357)(Nb0.896Ta0.047Sb0.057)O3 were characterized by X-rays diffraction which revealed a tetragonal structure. The dielectric analysis confirmed that the ferroelectric behavior of these crystals is very sensitive to little changes in composition as previously observed on ceramics. Such high flexibility of the ferroelectric properties in crystals opens the way towards improved understanding of the relations between structure and polarization in solid solutions which may be an alternative to the lead-based materials. Des monocristaux centimétriques issus du système Li2O–Na2O–K2O–Nb2O5–Ta2O5–Sb2O3 ont été obtenus par la méthode des flux. Les cristaux de composition (Li0.023Na0.583K0.394)(Nb0.925Ta0.037Sb0.038)O3 et (Li0.034Na0.609K0.357)(Nb0.896Ta0.047Sb0.057)O3 ont été caractérisés par diffraction des rayons X et se sont avérés appartenir au système quadratique. Leur comportement ferroélectrique spécifique a été confirmé par des mesures diélectriques. Une telle flexibilité des propriétés ferroélectriques de ces cristaux pour de faibles variations de composition ouvre la voie vers une meilleure compréhension des relations entre la structure et la polarisation dans ces solutions solides, qui sont potentiellement une alternative aux matériaux contenant du plomb.