วัตถุประสงค์: เน้นทำการวิจัยในสองประเด็นหลัก คือ กระบวนการเตรียมผงและการประดิษฐ์เซรามิก เพื่อ ศึกษาถึงอิทธิพลของวิธีการใช้สารตั้งต้นแบบ B-site ที่มีต่อการเกิดเฟส โครงสร้างจุลภาคและ สมบัติไดอิเล็กทริกของวัสดุในกลุ่มรีแลกเซอร์เฟร์โรอิเล็กทริกชนิด Pb(B1/3Nb2/3)O3 โดยที่ B คือ Mg, Ni หรือ Zn วิธีทดลอง ผลการทดลองและวิจารณ์ผลการทดลอง (I) ได้ทำการสังเคราะห์ผงของวัสดุเพอร์รอฟสไกด์รีแลกเซอร์เฟร์โรอิเล็กทริกในระบบ Pb(B1/3Nb2/3)O3 โดยที่ B คือ Mg, Ni หรือ Zn ด้วยเทคนิค solid-state reaction ที่ใช้ สารประกอบกลุ่มไนโอเบตชนิดที่มีโครงสร้างโคลัมไบต์และคอรันดัมมาเป็นสารตั้งต้นแบบ B-site แล้วนำสารที่เตรียมได้มาตรวจสอบการเกิดเฟสและสัณฐานของผงที่ผ่านการเผาแคลไซน์ด้วย เงื่อนไขต่างๆ ซึ่งจากผลการทดลองพบว่า ชนิดของสารตั้งต้นแบบ B-site และเงื่อนไขในการเผา แคลไซน์ล้วนเป็นปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการเกิดเฟสและสัณฐานของผงที่ผ่านการเผาแคล ไซน์ โดยในงานวิจัยนี้สามารถทำการสังเคราะห์ผงบริสุทธิ์ของสาร PMN และ PNN ที่มี โครงสร้างแบบเพอร์รอฟสไกด์ได้สำเร็จทั้งในกรณีที่ใช้สารตั้งต้นต้นแบบ B-site ประเภทโคลัม ไบต์และประเภทคอรันดัม แต่ไม่สามารถทำการสังเคราะห์ผงบริสุทธิ์ของสาร PZN ได้ โดยจะพบ เฟสของสารที่มีเสถียรภาพของโครงสร้างแบบไพโรคลอร์ปรากฏอยู่เสมอ อย่างไรก็ตาม เมื่อ ทดลองใช้วิธีเติมสารเฟร์โรอิเล็กทริกชนิดที่มีเสถียรภาพของเฟสเพอร์รอฟสไกด์สูงๆ อย่างเช่น BaTiO3 และ PZT ลงไปพบว่าวิธีนี้สามารถช่วยปรับปรุงเสถียรภาพของเฟสเพอร์รอฟสไกด์ใน สาร PZN ได้สำเร็จ นอกจากนี้ ยังพบอีกว่าการผลิตผง PMN และ PNN เฟสบริสุทธิ์ด้วยการใช้ สารตั้งต้นประเภทโคลัมไบต์จะใช้อุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการแคลไซน์ต่ำกว่าในขณะที่ วิธีการใช้สารตั้งต้นประเภทคอรันดัมจะให้ผงที่มีขนาดอนุภาคเล็กที่สุดได้เล็กกว่า (II) ได้ทำการประดิษฐ์สารเซรามิกในระบบ Pb(B1/3Nb2/3)O3 ที่ B คือ Mg, Ni หรือ Zn ด้วย เทคนิคการเผาซินเทอร์แบบที่ไม่มีการเพิ่มความดัน และทำการประดิษฐ์สารเซรามิกบางสูตรโดย ใช้เทคนิคการเผาซินเทอร์แบบสองขั้นตอน แล้วศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบทางเคมี เงื่อนไขในการเผาซินเทอร์ การเกิดเฟส การแน่นตัว โครงสร้างจุลภาค และสมบัติไดอิเล็กทริก ของผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการเผาด้วยเงื่อนไขต่างๆ ซึ่งจากผลการทดลองพบว่า สามารถประดิษฐ์ สารเซรามิก PMN และ PNN ความหนาแน่นสูงที่มีโครงสร้างแบบเพอร์รอฟสไกด์ได้สำเร็จทั้งใน กรณีที่ใช้สารตั้งต้นต้นแบบ B-site ประเภทโคลัมไบต์และประเภทคอรันดัม โดยเซรามิก PMN เฟสบริสุทธิ์ที่เตรียมด้วยวิธีการใช้สารตั้งต้นต้นแบบ B-site ประเภทคอรันดัมจะใช้อุณหภูมิใน การเผาซินเทอร์ที่ต่ำกว่าและสามารถแสดงสมบัติไดอิเล็กทริกที่ดีกว่าวิธีการใช้สารตั้งต้นแบบ Bsite ประเภทโคลัมไบต์ ในขณะที่ เซรามิก PNN เฟสบริสุทธิ์ที่เตรียมด้วยวิธีการใช้สารตั้งต้น ต้นแบบ B-site ประเภทโคลัมไบต์กลับมีขนาดเกรนที่โตกว่า มีความหนาแน่นสูงกว่าและสามารถ แสดงสมบัติไดอิเล็กทริกที่ดีกว่าวิธีการใช้สารตั้งต้นต้นแบบ B-site ประเภทคอรันดัม สำหรับ ปัญหาที่ตรวจพบในกรณีของการประดิษฐ์สารเซรามิก PZN นั้น คาดว่าน่าจะเกิดจากอิทธิพล ของปัจจัยหลักๆ คือ เรื่องของค่าตัวประกอบ tolerance ลักษณะทางพันธะเคมีและปัจจัยทาง โครงสร้างต่างๆ อาทิเช่น ความเสถียรทางเวเลนต์ของแคตไอออน และความเป็นระเบียบของ แคตไอออน โดยพบว่าเฟสของสารที่มีโครงสร้างแบบไพโรคลอร์เหล่านี้ล้วนแต่ส่งผลเสียต่อ สมบัติไดอิเล็กทริกของผลิตภัณฑ์ที่ได้ สรุปผล โครงการวิจัยนี้ได้พัฒนากระบวนการเตรียมวัสดุเพอร์รอฟสไกด์รีแลกเซอร์เฟร์โรอิเล็กทริกใน ระบบ Pb(B1/3Nb2/3)O3 ที่ B คือ Mg, Ni หรือ Zn ด้วยเทคนิค solid-state reaction ที่ใช้ สารประกอบกลุ่มไนโอเบตเป็นสารตั้งต้นแบบ B-site และพบว่าการเตรียมผงบริสุทธิ์ของสารที่มี องค์ประกอบตามต้องการนั้นสามารถกระทำได้โดยอาศัยวิธีการควบคุมปัจจัยในกระบวนการ เตรียมให้มีความเหมาะสม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ชนิดของสารตั้งต้นแบบ B-site และเงื่อนไขใน การเผาแคลไซน์ ซึ่งโครงการนี้ได้แสดงให้เห็นถึงอิทธิพลของวิธีการใช้สารตั้งต้นแบบ B-site ที่มี ต่อการเกิดเฟส พัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคและสมบัติไดอิเล็กทริกของสารเซรามิกในระบบ Pb(B1/3Nb2/3)O3 อย่างชัดเจน นอกจากนี้ยังได้ค้นพบวิธีการประดิษฐ์สารเซรามิกกลุ่มเพอรอพส ไกด์ที่มีเฟสบริสุทธิ์ มีความหนาแน่นสูงและมีสมบัติไดอิเล็กตริกดีกว่าเทคนิคการเผาแบบดั้งเดิม โดยอาศัยเทคนิคการเผาซินเทอร์แบบสองขั้นตอนภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม โดยพบว่าเทคนิค การเผาซินเทอร์แบบสองขั้นตอนนั้นมีผลสำคัญต่อการช่วยยับยั้งการเติบโตของเกรนในเซรามิก เพอร์รอฟสไกด์ PMN และ PNN ข้อเสนอแนะสำหรับงานวิจัยในอนาคต (I) การศึกษาวิจัยต่อไปโดยเน้นไปที่การศึกษาถึงอิทธิพลของวิธีการใช้สารตั้งต้นแบบ A-site ที่มี ต่อการเกิดเฟส โครงสร้างจุลภาคและสมบัติไดอิเล็กทริกของวัสดุรีแลกเซอร์เฟร์โรอิเล็กทริกชนิด Pb(B1/3Nb2/3)O3 เหล่านี้ อาจนำไปสู่การพัฒนากระบวนการสังเคราะห์สารที่มีศักยภาพใน รูปแบบใหม่ๆได้ (II) การศึกษาวิจัยเพื่อปรับปรุงเสถียรภาพของเฟสเพอร์รอฟสไกด์ในสารกลุ่ม Pb(B1/3Nb2/3)O3 เหล่านี้ด้วยการใช้วิธีเติมสารเฟร์โรอิเล็กทริกชนิดที่มีเสถียรภาพของเฟสเพอร์รอฟสไกด์สูงๆ อย่างเช่น BaTiO3, PbTiO3 หรือ PZT ก็เป็นประเด็นที่น่าสนใจ แต่ก็ควรจะต้องพิจารณาถึง ผลกระทบข้างเคียงและความเหมาะสมของปริมาณสารที่จะใช้เติมลงไป (III) งานวิจัยในอนาคตที่มุ่งเน้นเรื่องการตรวจวิเคราะห์พื้นผิว การตรวจสอบโครงสร้างจุลภาค โดยเฉพาะที่บริเวณขอบเกรนและการตรวจสอบสมบัติเฟร์โรอิเล็กทริกของวัสดุเหล่านี้ น่าจะช่วย เสริมสร้างความรู้ความเข้าใจในเรื่องของสารรีแลกเซอร์เฟร์โรอิเล็กทริกกลุ่มเพอรอพสไกด์ให้มี ความลึกซึ้งมากยิ่งขึ้น Objectives: Two major aspects, i.e. powder preparation and ceramic fabrication, have been concentrated in order to investigate the effect of B-site precursor method on the phase formation, microstructure and dielectric property of the Pb(B1/3Nb2/3)O3 type relaxor ferroelectric materials (where B is Mg, Ni or Zn). Experimental procedures, Results and Discussion: (I) Lead-based perovksite ferroelectric powders in the Pb(B1/3Nb2/3)O3 system (where B is Mg, Ni or Zn) have been prepared via a solid-state reaction method that involves niobate compounds with the columbite- and the corundum-type structures as B-site precursors. Phase formation and morphology of the calcined powders have been investigated as a function of calcination conditions. It has been found that the starting Bsite precursor and firing condition have a pronounced effect on the phase formation and morphology of the calcined powders. The use of either columbite or corundum B-site precursor routes to prepare pure PMN and PNN powders with the pervoskite structure has been successful, but not for the PZN powders where a stable pyrochlore phase is formed preferentially. However, by employing higher perovskite phase stabilizers such as BaTiO3 and PZT additives, the perovksite stability of the PZN phase can be successfully improved. In addition, it is seen that lower optimized calcination temperatures for the production of pure perovskite PMN and PNN powders can be obtained by using the columbite-route, whereas the smallest particle size was found in the corundum route powders. (II) The ceramics in the Pb(B1/3Nb2/3)O3 system (where B is Mg, Ni or Zn) have been fabricated by using a traditional sintering method. Selected compositions were also fabricated by employing a modified two-stage sintering method. Attention has been focused on relationships between chemical composition, sintering condition, phase formation, densification, microstructure and dielectric properties of the sintered products. It has been found that by using either the columbite or the corundum B-site precursor routes, conformable perovskite PMN and PNN ceramics with high density were successfully fabricated, except for PZN. Pure perovskite phase PMN ceramics with slightly higher dielectric constant can be produced at lower sintering temperature by using a corundum route. Whilst the fabrication of pure perovskite PNN ceramics with larger grain size, higher density and better dielectric properties can be obtained via a columbite route. Perhaps for PZN, in addition to the pyrochlore formation, the tolerance factor, bonding and structural parameters e.g. cation valence stability, ordering parameters, etc. should also be considered. The presence of pyrochlore-type phases downgrades the dielectric properties of the final products. Conclusions: Lead-based perovksite relaxor ferroelectric materials Pb(B1/3Nb2/3)O3 (where B is Mg, Ni or Zn) have been prepared via a solid-state reaction method that involves niobate compounds as B-site precursors. The B-site precursor method has been employed in two different routes, namely the columbite and the corundum methods. Optimisation of processing parameters especially the starting B-site precursor and the calcination condition can lead to single-phase PMN and PNN powders of the desired compositions. This study clearly shows the influences of the B-site precursor processing on the variation of the phase formation characteristic, the microstructural evolution and the dielectric properties of Pb(B1/3Nb2/3)O3 ceramics. Under suitable two-stage sintering schemes, dense and pure perovskite ceramics can be successfully achieved with better dielectric properties than those of ceramics from a conventional sintering technique. It has been found that this two-stage sintering technique can effectively suppress the grain growth in both perovskite PMN and PNN ceramics. Suggestion for further work: (I) Further investigation on the effect of A-site precursor route on phase formation, microstructure and dielectric properties of the Pb(B1/3Nb2/3)O3 system would be useful for developing a potentially alternative processing route. (II) Some improvement may be achieved by increasing the perovskite stability of the samples in this study by using higher perovskite phase stabilizer e.g. BaTiO3, PbTiO3 or PZT additives. However, their size effects and appropriated adding amounts would need to be considered. (III) Further work on surface analysis, microstructural characterization especially at the grain boundaries and their ferroelectric properties measurements would facilitate a deeper understanding of these lead-based perovskite relaxor ferroelectrics in general.