NBT-KBT-xLN系陶瓷的介电与铁电性能研究

采用传统电子陶瓷工艺制备了(1-x)(0.88Na0.5Bi0.5TiO3-0.12K0.5Bi0.5TiO3)-xLiNbO3(简写为NBT-KBT-xLN)无铅压电陶瓷体系,研究了该陶瓷体系的相结构、显微结构、铁电及介电性能.结果表明:在材料组成范围内(0.02≤x≤0.08),系列试样均形成了稳定的三方相钙钛矿结构;随着LiNbO3含量的增加,系列试样的矫顽场从4.41 kV/mm显著下降至1.51 kV/mm;LiNbO3的引入对材料的介电性能作用明显,随着LiNbO3含量的增加,系列试样的铁电-反铁电相变峰明显向低温方向移动,而反铁电-顺电相变峰则表现为明显的压峰效应.     

A位复合铁电陶瓷BNT-BKT-BiCoO3的介电特性

采用传统陶瓷制备工艺,制备了一种A位复合铁电陶瓷(1-x-y)BNT-xBKT-yBiCoO3,并研究了该体系陶瓷的介电性能与成分的关系以及介电性能随频率的变化规律.结果表明:所研究的组成极化后的介电常数低于极化前.极化前的介电常数和介电损耗随BiCoO3含量的增加而下降,极化前和极化后的介电常数和介电损耗都随BKT含量的增加而增加.介电常数随频率增加而降低,但降低趋势随频率增加而减慢.随BiCoO3含量的增加,在低频陶瓷介电损耗随频率的增加先降低后增加.     

(Na1/2Bi1/2)TiO3-(Na1/2Bi1/2)(Zn1/3Nb2/3)O3无铅压电陶瓷的介电特性研究

采用固相合成法制备了(1-x)(Na1/2Bi1/2)TiO3-x(Na1/2Bi1/2)(Zn/23Nb2/3)O3(简写为(1-x)NBT-xNBZN)无铅压电陶瓷.研究了该体系陶瓷晶体结构、弥散相变特征与介电弛豫行为.X射线衍射分析表明,所研究的组成均能够形成纯钙钛矿(ABO3)型固溶体.当x≥0.5%摩尔分数时,该体系陶瓷具有三方、四方共存的晶体结构.材料的介电常数-温度曲线显示陶瓷具有两个介电反常峰Tf和Tm.修正的居里-外斯公式较好的描述了陶瓷弥散相变特征,弥散指数随x的增加而增加.x≤0.5%摩尔分数的陶瓷仅在低温介电反常峰Tf附近表现出明显的频率依赖性,随x的增加,陶瓷材料在室温和低温介电反常峰Tf之间都表现出明显的频率依赖性.根据有序-无序转变和宏畴.微畴转变理论探讨了该体系陶瓷介电弛豫特性的机理.     

0．94Na1／2Bi1／2TiO3—0．06BaTiO3无铅压电单晶的生长及电学性能研究

采用坩埚下降法成功生长出尺寸达φ15 mm×50 mm的0.94Na1/2Bi1/2TiO3-0.06BaTiO3(NBBT94/6)无铅压电单晶.利用X射线荧光沿纵向对晶体棒成分分析表明:Na 、Bi3 、Ti4 离子的含量沿纵向波动较小,而Ba2 离子的含量却波动较大.XRD结构分析表明,晶体棒的中、下部分属于三方相钙钛矿结构,而上部转变为四方相钙钛矿结构.详细研究晶体棒中部0.952Na1/2Bi1/2TiO3-0.048BaTiO3(NBBT95.2/4.8)的介电及压电行为表明:非自发极化方向[001]、[110]样品的退极化温度Td分别为200℃和150℃,具有明显的结晶学方向依赖性,且在Td附近表现出典型的介电弛豫行为;在3～5 kV/mm电压极化下,[001]、[110]方向样品的最大压电系数d33分别为165 pC/N、110 pC/N,机电耦合系数kt分别为49.8%、45.0%.     

Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3-BiFeO3 无铅压电陶瓷的介电特性

采用固相反应法制备了系列(1-x)Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3-xBiFeO3(BNKT-BFx)陶瓷.研究了该陶瓷在室温至500 ℃范围内的介电性能.结果表明:该陶瓷的介电温谱与典型弛豫铁电体的特征不同,存在两个介电反常峰和一个介电损耗峰,只在低温介电反常峰温度附近具有明显的介电常数的频率依赖性,居里温度随频率增加基本不变.首次提出了弛豫铁电体分为本征弛豫和非本征弛豫铁电体的理论.通过分析极化前和极化后陶瓷的介电温谱,发现该体系低温介电反常峰温度附近的介电频率依赖性为空间电荷和缺陷偶极子极化引起的非本征弛豫.     

不同离子掺杂的钛酸铋钠基陶瓷结构与性能表征

采用传统固相反应法制备了0.94(Na0.5 Bi0.) TiO3-0.06BaTiO3-3wt; Bi2 O3-xwt; Nd2O3(x=0,1.5)陶瓷.研究了Bi3+和Nd3+掺杂对0.94 (Na0.5 Bi05)TiO3-0.06BaTiO3陶瓷结构和电学性能的影响.结果表明,Bi2O3和Nd2O3掺杂不影响0.94(Na0.5 Bi0.5) TiO3-0.06BaTiO3的钙钛矿结构.3wt; Bi2O3添加使得铁电陶瓷0.94(Na0.5Bi05) TiO3-0.06BaTiO3转变为反铁电陶瓷.反铁电陶瓷0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.06BaTiO3-3wt; Bi2O3具有更高的相转变温度Tm(～320℃).Nd2O3添加不改变0.94(Na0.5 Bi0.5) TiO3-0.06BaTiO3-3wt; Bi2O3陶瓷的反铁电态,但增强了陶瓷的介电性能和弛豫性能.     

Mg离子掺杂对含锆铋基焦绿石材料介电弛豫性能影响

采用固相反应法制备陶瓷(Bi1.5Zn0.5-xMgx)(Zr1.5Nb0.5)O7(BZMZN)(x=0.1、0.2、0.3、0.5),研究Mg2+取代对材料结构、组成、介电性能以及弛豫特性的影响.X射线衍射分析表明,当Mg2+从部分至完全取代Zn2+,均合成了立方焦绿石主晶相结构,并有微量Bi12MgO19相产生.随着Mg2+取代量的增加材料介电常数和介电损耗略有下降.材料在-150℃左右具有明显的介电弛豫特征,对其弛豫过程进行拟合与计算,并结合价键理论探讨了BZMZN系焦绿石的低温介电弛豫机制,这种弛豫源于材料结构中A位离子的不均匀分布及A位离子与O'位离子的本征跃迁过程.     

氧化钨掺杂NBT-6BT陶瓷的结构表征与介电弛豫特性研究

采用传统固相反应法制备了WO3掺杂(Na0.5Bi0.)0.94 Ba0.06 TiO3 (NBT-6BT)陶瓷.研究了WO3掺杂对陶瓷样品微观结构和介电弛豫特性的影响.微观结构分析表明:随WO3掺杂,三方-四方共存相逐渐转变为三方相;WO3掺杂对陶瓷的致密度和晶粒尺寸影响不大.随WO3掺杂,陶瓷的介电常数逐渐降低,介电峰变得更加平坦,陶瓷介电常数的温度稳定性提高.居里-外斯和修正的居里-外斯定律较好地描述了陶瓷的弥散相变特征,随WO3掺杂量的增加,弥散指数下降.探讨了该体系陶瓷介电弛豫特性的机理.     

B位复合离子取代BNT无铅陶瓷的压电介电性能

采用两步合成工艺,制备了新型Bi1/2Na1/2Tix(Mg1/3Nb2/3)xO3,系无铅压电陶瓷.研究了B位复合离子取代对BNT陶瓷的晶体结构及压电与介电性能的影响.X射线衍射分析表明,所研究的组成均能够形成纯钙钛矿(ABO3)型固溶体;当x=0.015时,该体系陶瓷具有较佳的压电性能:压电常数d33=101 pC/N;k,=0.48.陶瓷材料的介电常数-温度曲线显示该体系材料具有明显的弥散相变特征.该体系陶瓷具有高kt值,低kp值;其比值kt/kp较大,具有较大的各向异性,是一种适合高频下使用的优良的超声换能材料.     

高相变温度弛豫铁电单晶PMN-PT-PZ的生长与性能表征

按照0.624Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.336PbTiO3-0.04PbZrO3化学式所示组分比例,采用分步高温固相反应合成出PMN-PT-PZ多晶,通过熔体坩埚下降法生长出尺寸φ25 mm×90 mm的PMN-PT-PZ单晶.应用X射线衍射对所获多晶和单晶试样进行了物相分析,测试了PMN-PT-PZ晶片的介电温谱、电滞回线和压电常数.结果表明,所得三元固溶体单晶PMN-PT-PZ为不含焦绿石相的纯钙钛矿相结构,其三方-四方相变温度Trt达130℃,居里温度Tc为165～ 170℃,取自单晶原坯三方相区段的(001)取向晶片的压电常数d33在1300～ 1800 pC/N之间;其矫顽电场Ec为4～ 4.5 kV/cm,剩余极化强度Pr为20 ～ 31.5μC/cm2.跟PMN-PT单晶比较,PMN-PT-PZ单晶仍具有较大压电常数d33,而三方-四方相变温度明显提高,其矫顽电场有所增大.     

Na0.5Bi0.5TiO3-K0.5Bi0.5TiO3-BaMnO3无铅压电陶瓷的结构与电性能

采用固相法制备了(0.8 -x)Na0.5 Bi0.5TiO3 -0.2K0.5Bi0.5TiO3-xBaMnO3(简称NBT-KBT-BM)无铅压电陶瓷,研究了不同BM含量(x=0,0.25％,0.50％,0.75％,1.00％,1.25％,物质的量分数)样品的物相组成、显微结构及电性能.结果表明:所制备的NBT-KBT-BM陶瓷样品均为单一的钙钛矿结构.与纯NBT-KBT陶瓷相比,掺BM陶瓷的烧结温度降低,相对密度ρr得到提高.随x的增加,材料的压电常数d33、平面机电耦合系数kp与机械品质因子Qm先增大后减小,而介电损耗tanδ以及退极化温度Td一直降低.BM的掺入降低了材料的矫顽场Ec,提高了剩余极化强度Pr,从而增强了铁电性.当x=0.75％时,陶瓷获得最佳性能:d33=167 pC/N,kp=0.269,Qm=133,εr=774,tanδ=2.93％.     

SnO2掺杂对(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1-xSnx)O3无铅压电陶瓷介电弛豫与电性能的影响

采用固相烧结法制备了(Ba0.85Ca0.15)(Ti09Zr0.1-xSnx) O3(BCZTS)无铅压电陶瓷.研究了不同含量SnO2(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08)对BCZT无铅压电陶瓷相结构、压电性能、介电性能和铁电性能的影响,并利用XRD、SEM、准静态d33测试仪等表征样品.结果表明,所有样品均为单一钙钛矿结构.当掺杂x=0.02时,(Ba0.ss Ca0.1s)(Ti0.9 Zr0.1-xSnx) O3无铅压电陶瓷材料的综合性能优异:d33 =553 pC/N,kp=49;,εr～ 7474(l kHz),tanδ～1.5; (lkHz),Pr=6.06 μC/cm2,Ec=2 kV/cm,利用Curie-Weiss定律对该实验结果进行拟合,发现x=0.02的样品的介电弛豫特征更为明显.     

Kinetics of Overall Phase Transition in Changing Size System

Kinetics of phase transition is studied for the more general case when the size of the system is assumed time dependent. In the three dimensional case typical examples in this respect could be connected with the solution of cosmological problems. In the two dimensional case could be the spreading and crystallization of undercooled water on oil or the experiments concerning phase transition in monolayers in a Lengmuir balance. The time dependence of the degree of overall transformation α(t) is formulated in a generalized form corresponding to above assumption. Explicit solutions are given for a constant rate of expanding (or shrinking) and for a constant acceleration of the size change of the system under the assumption that both nucleation rate I and linear growth rate G are constants. It is demonstrated that the process of phase transition proceeds much faster in a shrinking systems and is impeded in expanding ones. The reason for this effect is that parts of the new phase, formed in the initial parts of the system, are transferred into the diminishing volume (or surface). Thus the concentration of the new phase is mechanically increased.     

(Na0.5Bi0.5)TiO3-(K0.5Bi0.5)TiO3无铅铁电单晶的生长、结构与介电特性

采用高温自助熔剂法制备了(Na0.5Bi0.5) TiO3-(K0.5Bi0.5) TiO3(简称:NBT-KBT)无铅铁电单晶,晶体尺寸为5mm×6 mm×1 mm.利用X射线衍射(XRD)手段研究了NBT-KBT单晶的相结构,结果表明晶体样品为钙钛矿四方相结构.Raman散射结果也表明了NBT-KBT单晶的拉曼振动模式具有四方相结构特征.利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究了单晶的表面形貌和微结构特征.另外,单晶介电常数随温度以及频率的变化关系显示单晶具有弛豫铁电体特性.     

(Sr0.7Bi0.2)TiO3取代BNT基无铅陶瓷的相变及储能特性

采用弛豫铁电体(Sr0.7Bi0.2)TiO3与铁电体(Bi0.5Na0.5)TiO3构建了的新型二元系BNT基无铅陶瓷材料:(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-x(Sr0.7Bi0.2)TiO3(记为BNT-xSBT,x=10mol;、20mol;、30mol;和40mol;).通过传统固相法进行制备,研究了(Sr0.7 Bi0.2)TiO3取代对其结构、相变、铁电性能和储能特性的影响.结果表明,室温所测BNT-xSBT陶瓷为准立方结构;介温和铁电性则证实其为极性三方和非极性四方共存相结构.A位复合占位的BNT-xSBT陶瓷是典型的弛豫铁电体,其Tm随x的增大而减小.低温(Td)处的介电反常源于结构(三方和四方)起伏所引起的缓慢转变过程.(Sr0.7 Bi0.2)TiO3取代量增大时,其Td降低,四方相增多,并伴随非极性微区增长;并导致BNT-xSBT陶瓷的铁电性减弱和电滞回线变形.x=30mol;时,BNT-xSBT陶瓷具有大的Pmax=26.8μC/cm2、小的Pr=1.4μC/cm2,和较好的储能特性:W=0.74 J/cm3,η=68.5;(@70 kV/cm).     

纤锌矿和岩盐结构ZnO的相变、弹性性质和电子结构研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势(USP)方法,结合广义梯度近似(GGA)计算了岩盐结构(B1)和纤锌矿结构(B4)ZnO的相变、弹性性质,并分析了B1和B4相ZnO在相变点处的电子结构特征.计算结果表明:ZnO在12.72 GPa时发生了由B4相向B1相的转变.B1和B4相ZnO的体弹性模量分别为171.5 GPa和132.8 GPa.能带结构的结果表明B1相是间接带隙半导体,带隙值为1.404 eV,而B4相是直接带隙半导体,带隙值为1.107 eV.     

(1-x)ZnO-xMgO-TiO_2-SnO_2(x=0.1~0.2)高频介电陶瓷的制备、结构与介电性能

采用氧化物固相烧结法制备了不同摩尔比的(Zn_(1-x)Mg_x)(Ti_(0.8)Sn_(0.2))O_3(x=0.1~0.2)高频介电陶瓷,研究了陶瓷的微观结构和介电性能。结果表明:烧结温度超过1000℃时,陶瓷中均形成了立方尖晶石结构的固溶相(Zn,Mg)2(Ti,Sn)O4。当烧结温度为1100℃时的陶瓷致密程度最高;当烧结温度为1200℃且x=0.15时,在10 MHz测试频率下获得了陶瓷的最佳介电性能,其介电常数ε=28.65,介电损耗tanδ=1.02×10-3,满足高频介电陶瓷的使用要求。