(Na0.5Bi0.5)TiO3基无铅压电陶瓷材料的研究进展

综述了国内外关于(Na0.5Bi0.5)TiO3(简称BNT)基无铅压电陶瓷材料的发展进程及研究现状,着重介绍了BNT基无铅压电陶瓷的制备工艺和掺杂改性,并对其发展趋势进行了展望.     

准同型相界内KNN-LS-BF无铅压电陶瓷的烧结与压电性能

采用传统的陶瓷工艺制备成分处于准同型相界(MPB)内的无铅压电陶瓷0.956K0.5Na0.5NbO3-0.004BiFeO3-0.04LiSbO3(0.956KNN-0.004BF-0.04LS),研究烧结温度对陶瓷的结构与压电、介电性能和相变温度的影响.研究结果表明:所有样品均为单一的钙钛矿结构;在1100℃以下烧结的样品的相结构均呈现明显的正交相与四方相共存的特征,同时略偏向四方相区;适当的烧结温度的提高,能促进陶瓷的致密化;随着烧结温度的升高,陶瓷的压电性能先显著提高后降低,陶瓷的介电损耗先降低后提高,但对正交相与四方相转变温度(θ0-1)和居里温度(θc)的影响比较小;当烧结温度为1100℃时,陶瓷具有最好的压电与介电性能,其压电常数(d33)高达297 pC/N,机电耦合系数(kp)高达54％,居里温度为355℃,tanδ为2.6％,这表明0.956KNN-0.004BF-0.04LS无铅压电陶瓷具有广阔的应用前景.     

制备工艺对织构化0.94(Na0.5K0.5)NbO3-0.06LiNbO3无铅压电陶瓷结构及性能的影响

采用两步法烧结工艺制备高织构化的0.94(Na0.5K0.5)NbO3-0.06LiNbO3(简称为KNLN6)无铅压电陶瓷。采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、铁电测试系统和准静态分析仪研究制备工艺对织构化KNLN6陶瓷显微结构和铁电压电性能的影响,并确定最佳的极化工艺。结果表明:随着第一步烧结温度的提高,织构化KNLN6压电陶瓷有序度逐渐提高,晶粒尺寸逐渐变大,矫顽场(Ec)逐渐降低,剩余极化强度(Pr)先增加后降低。当极化条件为极化电压25 kV/cm、极化温度80℃、极化时间15 min时,在1 180℃保温5 min,然后在1 000℃保温10 h的高织构化KNLN6陶瓷的压电常数(d33)达到282 pC/N,较之前文献报导提高20%。     

Bi0.5Na0.5TiO3基无铅压电陶瓷的研究进展

综述了国内外关于Bi0.5Na0.5TiO3(记为BNT)基无铅压电陶瓷材料的最新研究进展。着重介绍了BNT基无铅压电陶瓷的新制备工艺,掺杂改性对该陶瓷体系压电性能的影响及目前其压电性能改进的研究成果,并对其发展趋势做了展望。     

K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3-LiSbO_3-BiMnO_3无铅压电陶瓷的常压烧结与压电性能

采用传统的无压固相烧结法工艺制备微量掺杂0.2%(摩尔分数)BiMnO3(BM)的0.95K0.5Na0.5NbO3(KNN)-0.05 LiSbO3(LS)陶瓷,并研究烧结保温时间对陶瓷的结构与压电、介电性能的影响规律。研究结果表明,随烧结保温时间的延长,陶瓷的压电常数d33和机电耦合系数kp先显著升高,当保温时间为7 h时,趋于稳定,介电常数εr也随保温时间的延长而升高;机械品质因数Qm和介电损耗tanδ则一直降低。在1 100℃保温烧结9 h时,陶瓷具有最好的电性能:压电常数d33=228 pC/N,机电耦合系数kp=43%,机械品质因数Qm=55,介电损耗tanδ=0.017 8;随保温时间的延长,陶瓷的相转变温度θo-t有所降低,居里温度θc则明显升高。所有陶瓷样品在35～200℃内的介电损耗tanδ均有小于0.02。     

Sb对Li掺杂的KNN无铅压电陶瓷性质的影响

采用传统工艺制备了无铅压电陶瓷(Na0.5K0.45Li0.05)SbxNb1-xO3,研究了Sb掺杂对其压电、铁电、介电等性质的影响.实验结果表明,样品的居里点(Tc)、正交-四方相变温度(TT-O)均随Sb含量的增加而降低,掺杂7 mol%Sb时,样品的居里点从454℃降至345℃,TT-O从100℃降至室温以下.Sb5+的引入限制了晶粒的生长,但提高了样品的致密度,从而提高了样品的压电、铁电性能.组分为(Na0.5K0.45Li0.05)Sb0.05Nb0.95O3的样品具有较为优异的性能:d33=241 pC/N,Qm=50,kp=38.3%,d31=-83 pC/N,g31=-0.08 Vm/N,Pr=17 μC/cm2,同时,该组分样品表现最"软",具有相对最高的弹性柔顺常数S11E=14.2.     

(Bi1/2Na1/2)TiO3-BaTiO3系无铅压电陶瓷工艺的研究

详细探讨了在制备(Bi1/2Na1/2)TiO3-BaTiO3(abbr.BNBT)系无铅压电陶瓷的过程中,合成条件Ty和烧结温度Ts对材料压电介电性能的影响,确定了较好的制备BNBT系压电陶瓷的工艺条件,并且系统地研究了(1-x)*(Bi1/2Na1/2)TiO3-xBaTiO3(x＝0.02、0.04、0.06、0.08、0.10)的性能.XRD结构分析发现系统的相界在x＝0.06,此时d33等压电介电性能参数达到最佳值.     

复合法制备的(K0.48Na0.52)1-x（LiSb）xNb1-xO3无铅压电陶瓷性能研究

采用传统的固相反应法和普通的烧结工艺,分别制备了(K0.48Na0.52)1-x(LiSb)xNb1-xO3(x=0.055,0.060,0.065)和x=0.055,x=0.065按摩尔比1:1复合的无铅压电陶瓷样品(55-65),并对样品的压电、介电等性能进行了测试研究.实验结果表明:55-65不等同于x=0.060的组分,其压电性能远低于x=0.060的样品,进一步研究表明,相同烧结温度下,55-65样品的损耗较高,晶粒难以生长,相对较小,较小的晶粒可能在样品形变时产生的应力较大,这可能是55-65样品压电性能较低的原因.     

K0.5Na0.5NbO3陶瓷的冷烧及其介电与铁电性能

结合普通球磨与高能球磨法,制备了具有纯相、平均粒度约100 nm的K0.5 Na0.5 NbO3前驱粉体,前驱粉体加入一定量的去离子水作为液相,采用冷烧并退火工艺制备具有简单组成的K0.5 Na0.5 NbO3陶瓷.研究了冷烧温度、冷烧时间、压力等对冷烧试样物相和致密性的影响,对冷烧试样在不同温度进行退火,研究了退火温...     

过量Na+对(K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3无铅压电陶瓷相组成及结构的影响

通过固相反应法预合成0.94(K0.5Na0.5)NbO3-0.06LiNbO3(KNLN6)无铅压电陶瓷粉体。采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜/能谱仪(SEM/EDS)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对KNLN6试样进行性能表征。结果表明:按化学计量配比合成的KNLN6粉体中含有K3Li2Nb5O15(KLN)第二相;Na2CO3摩尔分数过量5%时,可有效地消除第二相KLN,从而获得单一钙钛矿结构的KNLN6粉体,同时,粉体的预烧温度降低了50℃;在1070℃下烧结2 h制备的Na2CO3过量5%的无铅压电陶瓷中,KNLN6晶体具有A位无序的单一正交钙钛矿结构,晶粒呈立方体状,平均尺寸约为10μm。     

冷烧并退火制备(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3无铅陶瓷及其结构与电学性能

采用冷烧并退火方法制备了(Bi_0.5Na_0.5)_0.94Ba_0.06TiO₃无铅陶瓷,探究了退火温度对陶瓷物相,显微组织,介电、铁电及压电性能的影响。结果表明：冷烧并退火所得陶瓷均呈纯钙钛矿结构,在180℃冷烧所得坯体的相对密度为71.8%。冷烧坯体经1 000～1 100℃退火所得陶瓷的相对密度为81.7%～97.1%,平均晶粒尺寸为600～800 nm,介电弥散因子为1.85～1.96。在1 025、1 050、1 075和1 100℃退火陶瓷的退极化温度分别为130、137、135和123℃;在1 075℃退火陶瓷具有最大的饱和极化强度和剩余极化强度,分别为60.9μC/cm²和51.8μC/cm²。与常规固相法烧结的(Bi_0.5Na_0.5)_0.94Ba_0.06TiO₃陶瓷的击穿场强(<75 kV/cm)相比,冷烧...     

Ga2O3掺杂的(K0.44Na0.5Li0.06)(Nb0.89Ta0.05Sb0.06)O3无铅压电陶瓷的微观结构与性能研究

采用传统陶瓷烧结工艺制备了(K0.44Na0.5Li0.06)(Nb0.89Ta0.05Sb0.06)O3+x(质量分数)Ga2O3无铅压电陶瓷,研究了掺杂不同Ga2O3含量对(K0.44Na0.5Li0.06)(Nb0.89Ta0.05Sb0.06)O3陶瓷的晶相、微观结构和电学性能的影响.研究结果表明:x在0～2变化范围内,陶瓷为单一四方相的钙钛矿结构,具有良好的铁电性能;随着体系中Ga2O3含量的增加,陶瓷的最佳烧结温度逐渐降低;Ga2O3的掺杂导致陶瓷晶粒变小,陶瓷的铁电四方相-顺电立方相的转变温度即居里温度TC有少许上升,但陶瓷的压电性能明显劣化.     

MnO2掺杂的KNN基无铅压电陶瓷的制备及性能

采用传统的固相反应法制备了(1-x)(Na0.65K0.35)0.94Li0.06NbO3-xmol%MnO2无铅压电陶瓷,研究了Mn的掺杂对陶瓷压电和介电性能的影响.实验结果表明,所有的样品都显示出四方相钙钛矿结构.材料的平均晶粒尺寸随着MnO2掺杂量的增加逐渐变大.MnO2的添加使样品的压电常数d33、平面机电耦合系数kp、机械品质因数Qm、介电损耗tanδ和相对密度均得到明显改善.当MnO2的掺杂量为0.50mol%的时候,样品的性能达到最佳:d33=144pC/N,kp=42%,tanδ=2.4%,Qm=168.以上数据表明,该陶瓷材料是一种极具应用潜力的无铅压电陶瓷材料.     

Ca2+含量对(Na0.5Bi0.5)1-xCaxBi4Ti4O15层状压电陶瓷的居里温度和性能的影响

采用传统固相法制备铋层状(Na0.5Bi0.5)1-xCaxBi4Ti4O15(NCBT)压电陶瓷,其中x=0.1、0.2、0.3和0.4。利用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、同步热分析仪(STA)、阻抗分析仪等对陶瓷的结构和性能进行表征,分析不同Ca2+含量对NCBT压电陶瓷的居里温度和压电性能的影响。结果表明:在x=0.3条件下制备的NCBT陶瓷性能最佳,压电常数(d33)为17.7 pC/N,介电常数(εr)和介电损耗(tanδ)分别为163.8和0.28%(频率1 kHz),居里温度(Tc)为647.6℃。     

Bi0.5Na0.5TiO3无铅压电陶瓷的结构有序化控制

以片状SrTiO3晶粒作为模板,使用模板晶粒生长法(TGG)控制制备[001]取向的有序化Bi0.5Na0.5TiO3压电陶瓷,同时研究了过量Bi2O3、烧结温度以及掺MnO对Bi0.5Na0.5TiO3有序度的影响.研究结果表明,过量Bi2O3的最佳掺入量为BNT粉料质量的1%;1190℃是合适的烧结温度,在1190℃下,BNT-1试样的有序度相对较高,有序度为88.2%;MnO的加入有效地提高了试样的有序度,并且降低了试样的烧结温度,同时也使得烧结温度范围变窄.在烧结温度为1170℃下,掺质量分数为0.3% MnO的BNT-1试样的有序度为91.1%.     

(Bi0.5 Na0.5)TiO3-BaTiO3系陶瓷的介电弛豫性能

采用传统压电陶瓷固相合成法制得了纯钙钛矿相的(1-x)(Bi0 5Na0.5)TiO3-xBaTiO3(J=0．02,0．04,0．06,0．08,0．10)(简写作BNBT)系无铅压电陶瓷研究了1kHz条件下室温到400℃的温度范围内BNBT试样的介电温谱以及3种不同频率下(1、10、100kHz)BNBT-6试样的介电温谱,发现材料在研究组成范围内均为弛豫型铁电体。采用HRTEM研究了该系统的畴结构,表明BNBT钙钛矿结构铁电体的介电性能与复合离子的有序无序排列密切相关,纳米尺度有序微畴对介电弛豫起着重要作用。     

(K0.5Na0.5)NbO3无铅压电陶瓷的制备及性能研究

目的制备(K0.5Na0.5)NbO3(KNN)无铅压电陶瓷并研究其结构和性能。方法采用传统固相法,用XRD,SEM等手段对KNN无铅压电陶瓷材料的相结构和显微形貌进行了表征。结果KNN压电陶瓷材料为单一的正交晶系的钙钛矿结构。对KNN无铅压电陶瓷的电性能测试表明,KNN陶瓷具有高的压电常数d33=127 pC/N,高的机电耦合系数Kp=0.41,高的温度Tc=428℃和低的介电损耗tanδ=0.028(10 kHz)的优点;KNN陶瓷存在着饱满的电滞回线,其剩余极化率Pr为18.8μC/cm2,其矫顽场Ec为9.65 kV/cm;所得的陶瓷的密度和电性能要远优于用同样制备方法和烧结方式所得的陶瓷的性能,并且也优于用等静压工艺所得的陶瓷的性能。结论KNN陶瓷是高频压电器件较理想的备选材料之一。     

K0.5Na0.5NbO3纳米管阵列的制备及其电学性能研究

以乙醇铌、乙酸钾和乙酸钠为原料,乙二醇甲醚为溶剂,采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)氧化铝(AAO)模板法制备K0.5Na0.5NbO3(KNN)纳米管阵列,并采用X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征KNN纳米管的物相、形貌和微观结构.研究表明,在700℃退火处理可获得结晶性较好,具有单斜钙钛矿结构的KNN多晶纳米管阵列.单根纳米管的外径约为200 nm,管壁厚约为20 nm.采用压电力显微镜(PFM)对单根KNN纳米管的压电性能进行表征,结果显示所制备的KNN纳米管具有明显的压电性能.     

无铅压电（1-x）Bi0.5Na0.5TiO3-xBaNb2O6陶瓷的热学性质及压电性能研究（英文）

利用传统的陶瓷制备工艺制备了(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xBaNb2O6无铅压电陶瓷,并对不同含量BaNb2O6的陶瓷的热学性质、微观结构、介电性能以及压电性能进行了研究.通过DSC测试得到陶瓷的预烧温度和烧结温度分别为850℃和1 180℃.XRD结果显示在850℃下合成的陶瓷粉料为单一的钙钛矿结构.随着BaNb2O6含量的增加,材料的弥散性相变使材料又典型铁电体向弛豫铁电体转变,这种行为是由于A离子空位所引起的.BNTBN-x陶瓷的矫顽场也随着BaNbO含量的增加而降低.     

K0.5Na0.5(TaxNb1-x)O3纳米粉体的合成及其光吸收特性研究

采用水热法在一定条件下合成K0.5Na0.5(TaxNb1-x)O3 (x=0.09,0.23,0.49,0.69,0.89)纳米粉体,利用XRD、SEM和UV-vis吸收光谱等手段分别对产物的物相、形貌和光吸收等特性进行表征.结果表明,随着Ta含量的增加,产物由正交相结构转变为四方相结构,再由四方相结构转变为立方相结...