0.6(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.4(Bi0.1Sr0.9)TiO3无铅压电陶瓷的铁电性和阻抗谱研究

采用传统固相法制备了0.6(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.4(Bi0.1Sr0.9)TiO3陶瓷(即6BNT-4BST-9),研究了其相结构、铁电性能和储能特性;且利用复阻抗谱和电模量谱分析了其电性能.结果表明:(1)6BNT-4BST-9陶瓷在室温时具有三方和四方共存的相结构;P-E回线和S-E曲线分析表明陶瓷中由非极性四方相占据主导.(2)6BNT-4BST-9陶瓷具有较大Pmax～18.2μC/cm2,和较小的Pr～1.0μC/cm2;它在低场下的储能特性为W1=0.313 J/cm3,η=85.3;(@40kV/cm).(3)M″-f和(-Z″)-f曲线在同一位置的特征峰表明对于6BNT-4BST-9陶瓷只有一种材料微区对电性能起主导.6BNT-4BST-9陶瓷具有负温度系数的电阻-温度特性;根据Arrhenius Law计算的激活能Ea=1.48 eV,表明该陶瓷具有电子导电特征.     

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.     

BNT-BKT-BiFeO3无铅压电陶瓷的压电性能和退极化温度

采用传统陶瓷制备方法,制备了系列新型无铅压电陶瓷材料(1-x-y)Bi0.5Na0.5TiO3-xBi0.5K0.5TiO3-yBiFeO3(简写为BNT-BKT-BF-x/y).研究了该体系陶瓷微观结构、压电性能和退极化温度变化规律.结果表明:在所研究的组成范围内,所制备的材料均能够形成纯钙钛矿固溶体,陶瓷三方、四方共存的准同型相界(MPB)成分为x=0.18～0.21,y=0～0.05,在准同型相界成分附近该体系陶瓷压电性能达到最大值:d33=171pC/N,kp=0.366.采用平面机电耦合系数kp和极化相位角θmax与温度的关系来确定退极化温度,得到的结果基本相同,陶瓷的退极化温度随BF含量的增加一直降低,随BKT含量的增加先降低后升高.     

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％.     

Ba1-x(Na0.5Bi0.5)xZr0.1Ti0.9O3陶瓷的制备及性能研究

采用固相法制备Ba1-x(Na0.5Bi0.5)xZr01Ti0.O3(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)陶瓷,并研究Bi、Na共同掺杂对BaZr01Ti0.9O3陶瓷结构、相组成、介电和铁电性能的影响.研究表明,Bi、Na共掺杂可以降低BaZr01Ti0.9O3陶瓷的烧结温度,并且在现有的掺杂水平下,所得陶瓷均为单一钙钛矿结构.陶瓷的相对介电常数在x=0.05时,由未掺杂的800增至最大值1700左右.陶瓷的介电损耗随Bi、Na掺杂量的增加,呈增加趋势.铁电性研究表明,随Bi、Na掺杂量的增加,存在漏电流增大的趋势,使得铁电性恶化,当含量超过0.1后呈现非铁电性.由以上可知,掺杂少量的Bi、Na,可以在一定程度上提高BaZr0.1Ti0.9O3陶瓷的介电性.     

Na/Bi配比对0.94(Bi0.5+xNa0.5-x)TiO3-0.06BaTiO3压电陶瓷组织结构与性能的影响

采用传统固相烧结方法制备出0.94(Ri0.5+xNa0.5-x)TiO3-0.06BaTiO3(BNBT6)二元系无铅压电陶瓷(x分别为0,0.08;,0.12;,0.16;,0.24;和0.50;摩尔分数),系统地研究了不同Na/Bi配比对BNT基陶瓷材料物相结构、显微组织和压电、介电性能的影响.结果表明:添加不同的Na/Bi,所制备的BNBT6压电陶瓷组织分布均匀、致密度高,存在三方-四方共存的准同型相界结构,且不同的Na/Bi配比不影响陶瓷的相结构,但其烧结性能及电性能与Na/Bi配比密切相关,当x=0.16;时,BNBT6陶瓷样品的性能最佳,相对密度达到97;,在1 kHz的测试频率下,BNBT6陶瓷样品的压电常数d33为138 PC/N、介电常数εr为1486、介电损耗tanδ为2.1;、机械品质因数Qm为217.     

(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.     

模板晶粒定向生长技术制备(Na0.8K0.2)0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷的性能研究

以熔盐法和质子取代法制备的片状Nb2O5粉体为模板晶粒,固相法合成的(Na0.8K0.2)05Bi0.5TiO3 (NKBT)粉体为基料,分别采用固相压制成型(干法)和流延成型(湿法)工艺制备出具有较高取向度的织构化NKBT无铅压电陶瓷,研究了两种成型工艺对NKBT无铅压电陶瓷的显微结构、压电性能和介电性能的影响.结果表明:采用湿法工艺制备的织构陶瓷的各项性能优于干法工艺,采用湿法工艺在1150℃保温5h时,可以获得较高织构度(f=0.66)的NKBT无铅压电陶瓷,并具有优异的压电和介电性能:压电常数d33 =149 pC/N,介电常数ε3T3/ε0=912和平面机电耦合系数kp=29.4;.     

CuO掺杂对Ba0.96(Bi0.5K0.5)0.04TiO3陶瓷烧结行为和介电性能的影响

采用固相法制备了Ba0.96(Bi0.5K0.5)0.04TiO3-xCuO(x=0 ～0.05)陶瓷,通过XRD、SEM和阻抗分析仪等测试手段研究了CuO掺杂对Ba0.96(Bi0.5K0.5) 0.04TiO3陶瓷烧结温度、相组成、显微结构和介电性能的影响.结果表明:在x=0 ～0.05掺杂浓度范围内,所有陶瓷样品均为钙钛矿结构,且没有第二相的生成.当x≤0.03时,CuO与Ba0.96(Bi0.5K0.5)0.04TiO3形成固溶体,Cu2进入晶格取代Ti4的位置.在x=0.02时,陶瓷样品的四方率c/a达到最大,居里温度Tc最高为148.5℃.当x≥0.04时,过量的CuO在晶界处形成液相,显著降低烧结温度.当x=0.05时,烧结温度降为1275℃,由于液相的产生,陶瓷样品致密度提高,内部缺陷减少,介电损耗最小.在掺杂CuO的陶瓷样品中,介电常数先增大后减小,在x=0.01时达到最大.     

Sm3+掺杂Na0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷的发光性能及热稳定性研究

采用传统的固相烧结法,制备了一系列的Sm3掺杂Na0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷(NBT∶ xSm3,0.005≤x≤0.04).利用X射线衍射仪和荧光分光光度计分别对NBT∶ xSm3+陶瓷样品的物相结构和光致发光性能以及热稳定性进行了分析.结果 表明,所有样品均为纯的三方钙钛矿结构.样品的激发光谱在480 nm有很强的激发峰,与蓝光LED芯片匹配.发射光谱包含位于563 nm、597 nm、645 nm、709 nm处的四个发射峰,分别归属于Sm3+的4G5/2→6HJ/2(J=5、7、9、11)跃迁,其中发射主峰位于597 nm,呈现橙红色发光.当Sm3+含量为0.02 mol时发光性能最佳.当温度范围在30 ～210℃之间时,NBT∶0.02Sm3陶瓷样品的发光性能具有良好的热稳定性     

Fe2O3掺杂(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3无铅压电陶瓷的制备与性能

采用固相合成法制备了Fe2O3掺杂(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3(简称BCZT)无铅压电陶瓷。借助XRD、SEM、阻抗分析仪等对该陶瓷的相组成、显微结构以及压电和介电性能进行了研究。结果表明,Fe2O3掺杂降低了BCZT无铅压电陶瓷的烧结温度并使居里温度Tc从85℃提高到95℃;当Fe2O3掺杂为0.02wt%～0.1wt%时,陶瓷样品均为ABO3型钙钛矿结构;少量Fe2O3掺杂促进了陶瓷晶粒的生长,但随着Fe2O3掺杂量进一步增加,陶瓷晶粒随之细化;当Fe2O3掺杂量为0.04wt%时,陶瓷样品具有最优综合电性能,其压电常数d33、机电耦合系数kp、机械品质因数Qm、介电损耗tanδ和介电常数εr分别为400 pC/N,0.40,51,0.023和3482。     

织构化K0.5Na0.5NbO3无铅压电陶瓷的性能研究

以分析纯Na2CO3、Bi2O3和Nb2O5为原料,以NaCl为熔盐,采用二次熔盐法和拓扑化学反应法合成各向异性片状NaNbO3粉体.以该片状NaNbO3粉体为模板品粒,以固相法合成的NaNbO3和KNbO3粉体为基料,采用流延工艺制备出较高取向度的织构化K0.5Na0.5NbO3(KNN)无铅压电陶瓷,系统研究了模板含量、烧结温度和保温时间等工艺参数对织构化KNN陶瓷显微结构和压电性能的影响规律.研究结果表明:随着模板含量的增加,陶瓷的取向度逐渐增加,当模板含量为15 wt;时,陶瓷的取向度可达0.69,当模板含量为10 wt;,1100 ℃下保温5 h烧结,可以获得具有一定织构度(f=0.58)的KNN陶瓷,并表现出优异的压电性能,d33=128 pC/ N.     

烧结温度对(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3无铅压电陶瓷结构和电学性能的影响研究

采用固相反应法成功制备出具有ABO3型钙钛矿结构的锆钛钡钙(Ba0.85Ca0.15) (Zr0.1Ti0.9) O3无铅压电陶瓷,研究了粉体预烧温度和陶瓷片烧结温度对(Ba0.85Ca0.15) (Zr0.1Ti0.9) O3陶瓷结构和电学性能的影响.结果表明:当预烧温度为1200oC、烧结温度为1400oC可获得具有优异电学性能的(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3无铅压电陶瓷,其电学性能分别为居里温度Tc＝97 ℃,最大介电常数εmax＝14920,剩余极化强度为Pr＝9.96 μC/cm2,矫顽场Ec＝7.20 kV/cm,压电常数d33＝543 pC/N,机电耦合系数kp＝52;,其高的电学性能可以和铅基压电材料相媲美,表明(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3陶瓷有望实现压电陶瓷的无铅化应用.     

Sb掺杂对0.96(K0.49Na0.51)(Nb0.97-xTa0.03Sbx)O3-0.04Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5ZrO3无铅压电陶瓷结构与电性能的影响研究

采用固相法制备了0.96(K0.49 Na0.51)(Nb0.97-xTa0.03Sbx) O3-0.04Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5ZrO3(0.96KNNTSx-0.04BNKZ,x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)无铅压电陶瓷,研究了Sb掺杂量对0.96KNNTSx-0.04BNKZ陶瓷相结构、微观结构和电性能的影响规律.X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)分析结果表明:0.96KNNTSx-0.04BNKZ陶瓷具有纯钙钛矿结构,随着Sb掺杂量x的增加,陶瓷由正交-四方两相共存逐渐转变为四方相,在x≤0.01时,陶瓷为正交-四方两相共存的多型相转变(Polymorphic Phase Transition,PPT)结构,而当x≥0.02时,陶瓷则转变为四方相结构.在PPT向四方相转变的组成边界x=0.02处,陶瓷具有优异的电性能:压电常数d33=345 pC/N,机电耦合系数kp=39.2;,机械品质因数Qm=51,介电常数ε33T/ε0=1520,介电损耗tanδ =2.7;,剩余极化强度Pr=15.4 μC/cm2,矫顽场Ec =1.09kV/mm,居里温度Tc=275℃.     

Ce掺杂对0.9Na0.5Bi2.5Nb2O9-0.1LiNbO3高温无铅压电陶瓷性能的影响

本文采用固相法制备了Ce掺杂的0.9Na0.5Bi2.5Nb2O9-0.1LiNbO3(NBN-LN+ xwt; CeO2)层状高温无铅压电陶瓷;系统地研究了CeO2掺杂对NBN-LN陶瓷的物相、显微结构及电性能的影响;获得的样品均为居里点高于780℃的单一铋层状结构相陶瓷;当CeO2掺杂量x=0.75时,样品具有最佳电性能:d33=28 pC/N,kp=12.11;,tan δ=0.10;,Pr=9.50 μC/cm2;且该组分陶瓷样品在700℃经退极化处理后,其d33仍保持在22 pC/N以上,表明该材料在高温领域下具有良好的应用前景.