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Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3基压电陶瓷介电、铁电及电致应变研究

宋武辉  
【摘要】:随着社会的进步和科学技术的空前发展,材料、信息、能源已经成为当今社会重要的话题。材料作为一切科技成果和文明创新的物质载体,特别是当今世界信息化的高速发展,对材料又提出了新的挑战和要求。因此,新电子陶瓷材料的研究成为本文的课题。机电耦合效应是衡量材料的一个指标,由于Pb(Zr,Ti)O3和弛豫型铁电体Pb(Mg,Nb)O3具有较好的压电性和电致伸缩性,而占据市场的主导地位。大量的铅污染环境、后期不好处理,所以我们选择了具有代表性的BNT基无铅压电陶瓷最为研究对象,(Bi0.5Na0.5)TiO3具有较强的铁电性和较高的居里温度,但是其矫顽场较大、电致应变比较小。学者们研究的目的之一是降低其矫顽场提高其压电性能以及研究BNT陶瓷的弛豫机理。本文是在其基础上进一步研究该体系材料的驰豫特性以及电场诱导的电致应变性能,为研制大应变的微位移器、制动器提供参考和依据。 本文采用传统电子陶瓷工艺制备了BNKT2—xBCT陶瓷和(BNT-BZTl)+xwt%Sb2O3陶瓷。分别研究了BCT的加入和Sb2O3的掺杂对陶瓷材料的烧结特性、相结构、显微组织、铁电介电以及电致应变性能的影响。系统分析了其性能与组成、结构的关系。 (1)(1-x)[0.8Na0.5Bi0.5TiO3-0.2k0.5Bi0.5TiO3]-xBa0.7Ca0.3TiO3陶瓷:X射线分析表明在组分内,均形成了纯的钙钛矿结构,说明BCT完全进入到晶格中。在x=0.04—x=0.08样品处于相转变过渡区域(从四方相结构向伪立方相转变)。SEM表明陶瓷都比较致密,气孔很少,随着BCT的加入晶粒尺寸有一定的减小、晶粒的形状发生了变化。介电温谱表明其具有弛豫铁电体的特征当x=0.08时Y值达到1.94。电滞回线表明BCT的加入强烈的削弱了材料铁电性,Pr从31μC/cm2减小到9μC/cm2,矫顽场从3.55kV/mm减小到1.2kV/mm,压电性能也减小很多从120pC/N减小到20pC/N。对电致应变分析表明相过渡区域时电致应变达到最大值0.122%。 (2)[0.9(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.1Ba(Ti0.95Zr0.05)O3]+xwt%5b2O3陶瓷:X射线分析表明在组分内,均形成了纯相,没有第二相生成,说明掺杂离子Sb进入到晶格中。SEM表明陶瓷都比较致密,在高掺杂的组分中出现晶粒的长大。介电性能表明(BNT-BZTl)+xwt%Sb2O3体系陶瓷也是一类弛豫型铁电体(γ值都在1.8以上),可以在一定程度上改善材料的介电常数温度稳定性。电滞回线表明该材料对铁电性的影响也很大,是由于体系的离子无序以及变价Sb离子的作用,使材料铁电畴稳定性降低铁电性减弱。电致应变分析表明Sb离子的掺杂使的材料逆压电效应几乎没有贡献,随着掺杂量的增加,其应变量出现减小。


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