MnO_2对BiFeO_3掺杂PZT-PFW-PMN陶瓷的电性能与温度特性研究

采用传统工艺制备了PbZrO_3-PbTiO_3-Pb(Fe_(2/3)W_(1/3))O_-Pb(Mn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-BiFeO_3(简称PZT-PFW-PMN-BF)四元系压电陶瓷.研究了MnO_2掺杂对PZT-PFW-PMN-BF陶瓷的显微结构、烧结温度、电性能与温度稳定性的影响.结果表明,当MnO_2的掺杂量为0.10 wt%时,陶瓷的烧结温度从1020℃降到了950℃,并得到了较好的综合性能和温度特性,分别为d_(33)=394 pC/N,K_p=0.54,Q_m=1180、ε_r=1480,△f_r/f_(r25℃)=1.68%和△K_p/K_(p25℃)=-1.06%.     

CeO_2掺杂对Pb_(0.92)Sr_(0.06)Ba_(0.02)(Sb_(2/3)Mn_(1/3))_(0.05)Zr_(0.48)Ti_(0.47)O_3基压电陶瓷相结构及性能的影响

采用传统固相烧结法制备Pb_(0.92)Sr_(0.06)Ba_(0.02)(Sb_(2/3)Mn_(1/3))_(0.05)Zr_(0.48)Ti_(0.47)O_3∶xCeO_2(简称PSBSM-PZT)压电陶瓷样品。研究不同CeO_2掺杂含量对PSBSM-PZT基陶瓷样品的物相结构、微观形貌、压电及介电性能的影响。结果表明:当CeO_2掺杂量x≤0.5%(质量分数,下同)时,陶瓷样品均为纯的钙钛矿结构。随着CeO_2掺杂含量的增加,陶瓷样品中四方相结构逐渐向三方相结构转变。随着CeO_2掺杂含量的进一步增加,陶瓷中出现焦绿石相,虽然陶瓷中已经出现焦绿石相,但是样品仍没有完全转变为三方相陶瓷;CeO_2掺杂具有细化晶粒的作用,当x=0.25%时样品晶粒晶界清晰,晶粒之间的结合相对致密,晶界处气孔率低,陶瓷断裂方式以沿晶断裂为主;当x=0.25%时,陶瓷样品获得最佳的压电与介电性能:d_(33)=346pC/N,k_p=0.60,Q_m=1396,ε_r=1309,tanδ=0.474%。     

(1-x)(Na0.5K0.5)NbO3-x(Ba0.88Ca0.12Zr0.12Ti0.88O3) 无铅压电陶瓷的制备及性能研究

介绍了一种利用传统固态烧结法制作的无铅压电陶瓷(1-x)(Na_(0.5)K_(0.5))NbO_3-x(Ba_(0.88)Ca_(0.12)Zr_(0.12)Ti_(0.88)O_3)((1-x)KNN-xBCZT)。(1-x)KNN-xBCZT是由KNN和BCZT形成的均匀固溶体。随着BCZT浓度的增加,(1-x)KNN-xBCZT的T_c和四方相-正交相的相变温度呈近似直线方式下降。相变温度的降低,有助于提升固溶体的电性能,当x=0.055时(1-x)KNN-xBCZT陶瓷性能达到最优。MnO_2助烧剂可以进一步降低(1-x)KNN-xBCZT陶瓷的相变温度,使(1-x)KNN-xBCZT陶瓷更为致密。0.055BCZT-0.945KNN-0.01MnO_2陶瓷展现出的性能为d_(33)=212 pC/N,d_(31)=-75 pC/N,k_p=45%,ε=875,tanδ=0.02和T_C=340℃,T_(O-T)=127℃。     

LiTaO3掺杂对K0.5Na0.5NbO3基无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统陶瓷工艺制备了LiTaO3掺杂的K0.5Na0.5NbO3基无铅压电陶瓷(记为KNN xLT,x=0～8%(摩尔分数)),并研究了陶瓷的晶相、显微结构和压电、铁电等性能.研究结果表明,KNN xLT陶瓷的正交相-四方相准同型相界(MPB)位于4%＜x＜6%处.随着LiTaO3含量的增加,陶瓷的正交→四方结构相变温度(TO-T)向低温方向移动,而四方→立方结构相变温度(Tc)向高温方向移动.陶瓷的压电常数d33和机电耦合系数kp随LiTaO3含量的增加均先增大后减小,而剩余极化强度Pr则随之逐渐减小,矫顽场Ec逐渐增大.当x=6%时,陶瓷具有较好的压电和铁电性能:d33=190pC/N,kp=40.0%,Pr=22.0μC/cm2,Ec=1.78kV/mm,Tc=440℃.该体系陶瓷具有较高的压电常数和比较大的平面机电耦合系数,是一种应用前景良好的压电铁电材料.     

(K_(0.5)Na_(0.5))_(0.94-2x)Li_(0.06)Sr_xNb_(0.98)Sb_(0.02)O_3无铅压电陶瓷的制备及性能研究

采用传统陶瓷烧结工艺制备了(K0.5Na0.5)0.94-2xLi0.06SrxNb0.98Sb0.02O3无铅压电陶瓷,研究了陶瓷的结构、烧结特性及电性能特征.研究结果表明:制备的KNLSN-Srx陶瓷为单一的具有四方相的钙钛矿结构,SEM照片中可以看出材料的平均晶粒尺寸随着Sr掺入量的增加逐渐变大,陶瓷的烧结温度随Sr掺入量的增加而升高,Li,Sr和Sb掺杂(K0.5Na0.5)NbO3后,材料的压电系数d33、平面机电耦合系数kp得到提高,同时介电损耗tanδ和机械品质因子Qm降低,Sr掺入量在2mol%时各项性能最佳(d33=130pC/N,kp=34.5%,tanδ=4.2%).     

高压电常数PSN-PZT压电陶瓷的制备与性能研究

采用传统的固相烧结法制备了三元系Pb_(0.82)Sr_(0.13)Ba_(0.05)(Sb_(1/3)Nb_(2/3))_(0.02)(Zr_(1/2)Ti_(1/2))_(0.98)O_3-wBi_2O_3(PSN-PZT-wBi)压电陶瓷,并研究了Bi~(3+)掺杂对压电陶瓷电性能的影响。结果表明,当Bi_2O_3掺杂量在0.25wt%时,PSN-PZT压电陶瓷具有最优异的电学性能:d_(33)=980 pC/N,k_p=0.83,ε_r=6 855,tanδ=0.04,T_c=150℃。     

Y2O3掺杂(Bi0.5 Na0.5)0.94 Ba0.06 TiO3无铅压电陶瓷的研究

采用固相合成法制备了Y2O3掺杂(Bi0.5 Na0.5)0.94 Ba0.06 TiO3无铅压电陶瓷.研究了Y2O3掺杂对(Bi0.5 Na0.5)0.94Ba0.06 TiO3陶瓷晶体结构、介电与压电性能的影响.XRD分析表明,在所研究的组成范围内陶瓷均能够形成纯钙钛矿固溶体.介电常数-温度曲线显示陶瓷具有弛豫铁电体特征,陶瓷的弛豫特征随掺杂的增加更为明显.在Y2O3掺杂量为0.5%时陶瓷的压电常数d33分别为137 pC/N,为所研究组成中的最大值,掺杂量为0.1%时,机电耦合系数kp与kt最大值为0.30,0.47.     

Ce~(3+)掺杂Na_(0.5)Bi_(8.5)Ti_7O_(27)铋层状陶瓷的结构与电性能研究

采用固相法制备了Ce~(3+)掺杂的Na_(0.5)Bi_(8.5–x)Ce_xTi_7O_(27)(NBT-BIT-x Ce,0≤x≤0.1)共生铋层状无铅压电陶瓷,研究了NBT-BIT-xCe陶瓷的结构和电学性能。研究结果表明所有陶瓷样品均为单一的铋层状结构,随Ce~(3+)掺杂量的增加,样品的畸变程度呈现上升趋势,同时陶瓷晶粒的平均尺寸不断减小,介温谱和差热分析结果表明样品的介电双峰均对应于陶瓷内部结构的铁电相变。Ce~(3+)掺杂可以显著减少陶瓷内部的氧空位浓度以及降低陶瓷的介电损耗,提升陶瓷的压电常数(d33),当x=0.06时,陶瓷的综合电性能最佳:压电常数(d_(33))达到27.5 pC/N,居里温度(TC)达到658.2℃,介电损耗(tanδ)为0.39%。     

(0.84-x)Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.16K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_(3-x)SrTiO_3系无铅压电陶瓷结构与电性能

采用固相法制备了Bi补偿的(0.84-x)Na0.5Bi0.5TiO3-0.16K0.5Bi0.5TiO3-x SrTiO3(简称NBTKBT-xST)无铅压电陶瓷,研究不同ST掺量对体系陶瓷的结构与电性能的影响规律。结果表明,在掺杂范围内(0≤x≤0.06),材料均能形成单一的钙钛矿固溶体结构。随着x的增加,陶瓷晶体结构逐渐由三方相向四方相过渡,且该体系的三方-四方准同型相界(MPB)位于0.03≤x≤0.04。在此组成区域内,体系陶瓷的铁电与压电性能较好,其中x=0.04时,材料的电性能较好:压电常数d33=156 pC/N,平面机电耦合系数k p=0.29,相对介电常数εr=1116,介质损耗tanδ=4.1%,剩余极化强度P r=30.5μC/cm2,矫顽场E c=23.9 kV/cm。介电温谱和变温电滞回线表明体系陶瓷在T d以上可能存在极性相与非极性相共存。     

(K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3无铅压电陶瓷的烧结特性和压电性能研究

采用传统陶瓷烧结工艺制备了(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3-xLiNbO3无铅压电陶瓷,研究了陶瓷的结构、烧结特性及电性能特征.制备的(K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3陶瓷为单一的钙钛矿结构,室温下其相结构随LiNbO3含量增加逐渐由正交相向四方相转变,显微结构也由于LiNbO3含量的不同而表现出很大差异.与(K0.5Na0.5)NbO3陶瓷相比,(K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3陶瓷的烧结温度降低,烧结特性得到改善. (K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3陶瓷表现出优越的压电性能,其中0.94(K0.5Na0.5)NbO3-0.06LiNbO3(x=0.06)陶瓷的压电常数d33达到205pC/N,机电耦合系数kp为40.3%,kt达到49.8%.     

无铅压电陶瓷K0.5Na0.5NbO3-BiFeO3的烧结工艺与压电性能研究

采用传统常压固相烧结工艺制备了掺杂0.8at%BiFeO₃(BF)的K_0.5Na_0.5NbO₃(KNN) 无铅压电陶瓷,着重研究了烧结温度与保温时间对陶瓷的晶体结构、相转变、致密度与压电、介电性能的影响. 研究结果表明, 所有陶瓷样品都为单一的钙钛矿结构, 烧结温度与保温时间对陶瓷样品的室温晶体结构与相转变温度几乎没有影响, 但对陶瓷的表面形貌、密度和压电性能有较大的影响. 当保温时间为3h,在1100℃至1150℃范围内, 随烧结温度的升高,陶瓷的压电常数d33、平面机电耦合系数Kp及机械品质因数Qm均一直升高, 介电损耗tanδ则显著降低. 当烧结温度为1150℃时, 随保温时间的增加, 陶瓷的压电性能先显著提高后基本保持不变. 1150℃保温2h烧结的陶瓷获得良好的性能：密度ρ=4.50g/cm³（致密度为95.63%）, d₃₃=132pC/N, K_p=45%, Q_m=333.73, tanδ=2.39%.     

NbO3-LiNbO3无铅压电陶瓷的烧结特性和压电性能研究

采用传统陶瓷烧结工艺制备了（1-x）（K0．5Na0．5）NbO3-xLiNbO3无铅压电陶瓷，研究了陶瓷的结构、烧结特性及电性能特征．制备的（K0．5Na0．5）NbO3-LiNbO3陶瓷为单一的钙钦矿结构，室温下其相结构随LiNbO3含量增加逐渐由正交相向四方相转变，显微结构也由于LiNbO3含量的不同而表现出很大差异．与（K0．5Na0．5）NbO3陶瓷相比，（K0．5Na0．5）NbO3-LiNbO3陶瓷的烧结温度降低，烧结特性得到改善．（K0．5Na0．5）NbO3-LiNbO3陶瓷表现出优越的压电性能，其中0．94（K0．5Na0．5）NbO3—0．06LiNbO3（x=0．06）陶瓷的压电常数d33达到205pC／N，机电耦合系数kp为40．3％，kt达到49．8％．     

(Na0.5K0.5)NbO3基无铅压电陶瓷的研究

由于钙钛矿结构无铅压电陶瓷具有高的压电性能，已成为无铅压电陶瓷研究的热点．本文综述了钙钛矿结构无铅压电陶瓷（Na0．5K0.5）NbO3的研究进展和趋势．重点从添加第二组元、添加助烧剂、取代改性和制备方法四个方面，归纳和分析了（Na0．5K0.5）NbO3基无铅压电陶瓷的研究开发进展，并对（Na0.5K0.5）NbO3基无铅压电陶瓷今后的研究和发展提出一些建议．     

0.94[(Na0.96-xKxLi0.04)0.5Bi0.5]TiO3-0.06Ba(Zr0.055Ti0.945)O3无铅压电陶瓷的压电介电特性

对无铅压电陶瓷0.94[(Na0.96-xKxLi0.04)0.5Bi0.5]TiO3-0.06Ba(Zr0.055Ti0.945)O3的性质随K含量的变化进行了系统研究,获得压电应变常数d33高达185pC/N的0.94[(Na0.80K0.16Li0.04)0.5-Bi0.5]TiO3-0.06Ba(Zr0.055Ti0.945)O3压电陶瓷.随着K掺杂量的增加,该陶瓷材料的介电温谱峰值向右明显移动,其介电峰温度明显升高.     

固相反应法、柠檬酸盐法制备(NaBi)0.5TiO3陶瓷及性能表征

分别用固相反应法和柠檬酸盐法合成了(NaBi)0.5TiO3陶瓷前驱体,并烧制成相应的陶瓷。用激光粒度分析仪、XRD、SEM分别对前驱体和陶瓷的粒度、相组成、显微结构等进行表征,并检测不同烧结温度下的压电常数d33。研究表明,用柠檬酸盐法合成的NBT前驱体所需合成温度低于固相反应法;所制陶瓷具有更高的压电常数d33,在1150℃下烧结,d33可达61.6pc/n。     

RTGG法制备(Na_(0.84)K_(0.16))_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3无铅压电织构陶瓷的研究

以NaCl-KCl熔盐法制备出了片状的Bi4Ti3O12微晶模板,选用此模板分别采用干法和湿法流延工艺结合RTGG技术制备了(Na0.84K0.16)0.5Bi0.5TiO3无铅压电织构陶瓷。研究了不同工艺条件下获得的织构陶瓷烧结行为、织构度、显微组织结构和电性能的变化规律。结果表明,(Na0.84K0.16)0.5Bi0.5TiO3织构陶瓷的烧成温度范围只有10~20℃,其介电性能、压电性能呈现明显的各向异性,沿垂直于流延方向织构陶瓷的各种电学性能均明显优于平行于流延方向的电学性能,两种流延方法在1150℃烧结所得的(Na0.84K0.16)0.5Bi0.5TiO3织构陶瓷在显微组织结构和电性能方面均表现出最强的各向异性,该织构陶瓷的压电常数d33=134pC/N。     

(Bi0.5Na0.5)TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷研究进展

(Bi0.5Na0.5)TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷体系是目前研究最广泛的功能陶瓷材料之一.综述了BNT基无铅压电陶瓷的研究现状,讨论了相关体系的设计方法、铁电性、压电性以及BNT体系的制备方法.分析比较了BNT系压电陶瓷与Pb(Zr,Ti)O3(PZT)压电陶瓷的性能差异以及存在的问题,对BNT基无铅压电陶瓷进行了展望.     

Mn改性Na0.5Bi2.5Nb2O9高温压电陶瓷的研究

采用固相法获得了Mn改性的Na0.5Bi2.5Nb2O9(NBN+xmol%MnCO3,0≤x≤10.0)铋层状压电陶瓷,并系统地研究了Mn(掺杂)对NBN基陶瓷显微结构与电性能的影响.结果表明,所有获得的样品都是居里点在700℃以上的单一相铁电体.加入Mn显著地提高了NBN系列陶瓷的机械品质因素Qm,明显改善了陶瓷的压电与机电性能.当MnCO3掺杂量为8.0mol%时,陶瓷获得最佳电性能:tanδ=0.749%,d33=20 pC/N,Qm=3120,kp=12.37%,kt=21.09%,Pr=7.01μC/cm2.NBN+xmol%MnCO3(x=8.0)陶瓷经700℃退极化处理后,其d33保持为原来的75%(~15 pC/N),表明该材料在高温领域下具有良好的应用前景.     

Dielectric and piezoelectric properties of CeO2-added nonstoichiometric (Na0.5K0.5)0.97(Nb0.96Sb0.04)O3 ceramics for piezoelectric energy harvesting device applications

In this study, nonstoichiometric (Na(0.5)K(0.5))(0.97)(Nb(0.96)Sb(0.04))O(3) ceramics were fabricated and their dielectric and piezoelectric properties were investigated according to the CeO(2) addition. In this ceramic composition, CeO(2) addition improved sinterability, electromechanical coupling factor k(p), mechanical quality factor Q(m), piezoelectric constant d(33), and g(33). At the sintering temperature of 1100°C, for the 0.2wt% CeO(2) added specimen, the optimum values of density = 4.359 g/cm(3), k(p) = 0.443, Q(m) = 588, ε(r) = 444, d(33) = 159 pC/N, and g(33) = 35 × 10(-3) V·m/N, were obtained. A piezoelectric energy harvesting device using 0.2 wt% CeO(2)- added lead-free (K(0.5)Na(0.5))(0.97)(Nb(0.96)Sb(0.04))O(3) ceramics and a rectifying circuit for energy harvesting were fabricated and their electrical characteristics were investigated. Under an external vibration acceleration of 0.7 g, when the mass, the frequency of vibration generator, and matching load resistance were 2.4 g, 70 Hz, and 721 Ω, respectively, output voltage and power of piezoelectric harvesting device indicated the optimum values of 24.6 mV(rms) and 0.839 μW, respectively-suitable for application as the electric power source of a ubiquitous sensor network (USN) sensor node.     

Piezoelectric Properties of （Na0.5K0.5-xLix）NbO3 Ceramics

Lead-free piezoelectric ceramics （Na0.5K0.5-xLix）NbO3 （x=0.057-0.066） were synthesized by an ordinary sin-tering technique. Substituting Li for K can lead to structural distortion, which improves the Curie temperature （To） greatly. By adding appropriate LiNbO3 content, piezoelectric constant d33 values reach 202-212 pC/N. Electromechanical coefficients of the planar mode reach 44.4%-46.8%. The dielectric loss is below 2.6%, which is much lower than reported （about 50%）. The To of （Na0.5K0.5-xLix）NbO3 （x=0.057-0.066） is in the range of 490-510℃, at least 70℃ higher than that of pure （Na0.5K0.5）NbO3 ceramics. The results show that （Na0.5K0.5-xLix）NbO3 ceramic is a kind of good lead-free high-temperature piezoelectric material.