PZT基NiTi SMA/PZT复合材料的组织结构及其压电性能研究

采用真空直流溅射法在PZT基体上沉积NiTi SMA薄膜,再经过晶化处理而制备出PZT基NiTi SMA/PZT复合材料.使用扫描电子显微镜观察复合材料试样的表面和界面组织结构.使用ZJ-3A型准态仪、Automatic LCR Meter4225测试复合材料的压电常数d33,机电耦合系数KP1,介电损耗tgδ,以考察NiTi SMA薄膜对PZT压电性能的影响.测试结果显示复合材料的压电常数d33,机电耦合系数KP相对于PZT均有提高,而介电损耗tgδ有小幅度降低.NiTiSMA薄膜与PZT基体之间的良好的界面结合结构及界面附近存在的源自膜/基材料间晶格差异的约束应力,有利于电偶极子的定向运动,保障了PZT基体压电性能的发挥.     

PZT基体沉积条形分布NiTiSMA薄膜复合材料的介电性能

使用模具并采用磁控溅射法在铁电陶瓷PZT基体上沉积具有条形分布结构的Ni Ti SMA薄膜。显微组织结构观察发现,以条形分布结构方式沉积的Ni Ti SMA薄膜晶化处理后具有等轴晶结构。比较所制备PZT/Ni-Ti SMA薄膜复合材料与纯PZT的介电常数及介电损耗发现,两者的介电损耗水平接近;复合材料的介电常数比纯PZT的提高约18%。Ni Ti SMA的沉积使基体中靠近薄膜区域的Zr/Ti物质的量比恰好落在准同型相界区内,致使所制备复合材料的介电性能优于纯PZT。     

聚苯胺改性0-3 型PZT/ 聚氨酯复合材料的极化与电性能

以聚苯胺( PANI) 原位聚合改性聚氨酯( PU) 树脂为基体, 锆钛酸铅( PZT) 陶瓷为功能相, 制备了0-3 型压电复合材料, 研究了复合材料极化和电性能。结果表明: 适量PANI 能够有效地提高0-3 型复合材料的极化和压电性能。随着PANI 含量增加, 复合材料的压电系数d33和机电耦合系数kp 迅速增大。当PANI 体积分数为4 %时, 复合材料的d33 = 34 pC/ N , kp = 0.25 , 均达到最大值。复合材料的介电常数和介电损耗随PANI含量的增加而上升。      

成型压力对0-3型锆钛酸铅/水泥压电复合材料的影响

以快硬硫铝酸盐水泥为基体,以锆钛酸铅(PZT)为功能相,用压制成型法制备出0-3型PZT/水泥基压电复合材料。分析成型压力对PZT/水泥基压电复合材料的压电性和介电性的影响,结果表明:不同粒径PZT颗粒作为功能相的水泥基压电复合材料,成型压力对其压电性和介电性有不同的影响。在30~90 MPa压力范围内,成型压力越大,PZT/水泥压电复合材料的压电应变常数d33和相对介电常数εr均显著提高,这是由于气孔率随压力增大而减少,而压电电压常数g33的变化则与功能相的粒径有关。机电耦合系数也有着不同的变化趋势,对于6μm和126μm PZT/水泥压电复合材料,其机电耦合系数Kt和Kp随压力增大缓慢下降,而对于430μm PZT/水泥压电复合材料则呈上升趋势。当压力达到150 MPa时,其压电性和介电性均急剧减小。     

Ta掺杂对Na0.5Bi0.5TiO3-0.02NaNbO3压电、介电性能的影响

在制备无铅压电陶瓷的前沿探索中首次研究了Ta掺杂对Na0.5Bi0.5TiO3-0.02NaNbO3系压电陶瓷的压电、介电性能的影响.研究表明,掺杂适量的Ta有利于提高其性能.当Ta掺杂量为0.4mol时,压电常数d33达到最大值114pC/N;相对介电常数εT33/ε0、机电耦合系数kp也达到最大值431和0.184;而介电损耗tgδ随Ta含量的增加变化不大.     

0-3型压电陶瓷-硫铝酸盐水泥复合材料的压电性能

采用压制成型法,以快硬硫铝酸盐水泥为基体制备了水泥基压电复合材料。分析讨论了极化工艺条件和PZT含量对水泥基压电复合材料压电性的影响。结果表明,较高的极化电场强度和较长的极化时间均有利于压电性能的提高,但当极化电场强度和极化时间达到4.0 kV/mm和45 min后,压电应变常数d₃₃趋于稳定; 随着PZT含量的增加,硫铝酸盐水泥基压电复合材料的压电应变常数d₃₃、压电电压常数g₃₃和机电耦合系数K_P、K_t均显著增大。当PZT质量分数达到85%时,K_P和K_t可达28.54%和28.19%。      

PZT基陶瓷纤维性能对1-3复合材料性能影响

采用塑性聚合物方法制备了高可塑性、高密度和高生坯强度的PZT5、PMnS、PBS陶瓷纤维，通过排列浇注法制备了1-3复合材料，研究了不同组成陶瓷纤维对复合材料性能的影响。结果表明，复合材料的介电常数、声阻抗和品质因数均比相应的陶瓷性能小了一个数量级，压电应变常数d33和平面机电藕合系数kp不同程度降低，但是压电电压常数g33和厚度机电藕合系数反大幅度增加，使得1-3复合材料的各相异性明显增强，复合材料的性能变化规律同压电纤维性能的变化规律相同，因此可通过改变纤维相性能而改善复合材料的性能。     

PZT含量对PZT-PZN-PNN压电陶瓷材料电性能的影响

采用传统固相法制备了xPb（Zr0.52Ti0.48）O3-（1-x）{Pb（Zn1/3Nb2/3）O3-Pb（Ni1/3Nb2/3）O3}（简称PZT-PZN-PNN）四元系压电陶瓷，研究了不同PZT含量对PZT-PZN-PNN陶瓷的相结构、显微结构、压电性能和介电性能的影响。结果表明：材料的压电常数（d33）、机电耦合系数（％）和介电常数（曲随着PZT含量的增加先增大，后减小，当PZT含量为0.83时，其值达到最大值；随着PZT含量的增加，材料的机械品质因数（Qm）逐渐增大，谐振电阻僻（Rf）和介电损耗（tanδ）逐渐减小。当PZT含量为0.83时，四元系PZT-PZN-PNN压电陶瓷在较低的烧结温度（1000℃）下烧结，其主要的电性能参数如下：d33=477pC/N，Kp=0.71，Qm=98，εf=2228，tanδ=0.0070，Tc=325℃，根据双晶片对压电陶瓷材料的性能要求，该纽份可作为纺织机械中选针器用压电双晶片的侯选材料。     

PZT陶瓷/橡胶复合材料的压电性能

用PZT压电陶瓷粉末分散在无压电性的橡胶基体中制成压电复合材料。通过压电常数和介电常数测定、扫描电镜、介电谱等手段研究了有关因素对复合材料压电性能的影响。结果表明,复合材料的压电常数d₃₃随PZT体积含量φ和橡胶介电常数ε₁的增加而增大,随PZT介电常数ε₂的增加而减小,符合理论式 d₃₃=15φε₁d₃₃/(1-φ)(2+3φ)ε₂ 橡胶基体的极性基团、极性链节和交联健偶极的转向极化及分子链的柔性对复合材料的极化和压电常数有重要影响。橡胶的极性越大及分子链的柔性越高,则复合材料的压电常数d₃₃越高。      

高性能无铅压电陶瓷(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3的制备与性能

采用企业的电子陶瓷工艺制备了(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3(BNTBT-6)无铅压电陶瓷,研究了制备工艺对BNTBT-6陶瓷的晶相、微观结构与介电压电性能的影响.研究结果表明,烧结方式会对BNTBT-6陶瓷的晶相和性能产生一定的影响.电学性能研究结果表明,湿磨盖烧BNTBT-6陶瓷样品的压电性能优良,室温下陶瓷样品的压电常数d33达到195pC/N,机电耦合系数kp为35%,机械质量因子Qm达到130,介电损耗tgδ为0.025.     

PZT/环氧树脂1-3-2型压电复合材料的制备及性能

采用压电陶瓷基板与1-3型压电复合材料串联连接,沿表面两相互垂直的方向切割PZT陶瓷,在切槽间浇注环氧树脂,制备出新型的1-3-2型压电复合材料.实验测试了材料的压电和介电性能,结果表明其d33常数达到400 pC/N,振动位移113.5pm,声速3500m/s,声阻抗17.6Mraly,厚度机电耦合系数0.62,带宽3.6kHz,相对介电常数817,介质损耗0.02.     

力电多场鼓包法测定PZT铁电薄膜的横向压电系数

为表征Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3(PZT)薄膜的横向压电性能,以纯力场鼓包测试模型和铁电薄膜材料压电方程为基础,推导了PZT铁电薄膜的力电耦合鼓包本构模型。采用溶胶-凝胶法制备了PZT铁电薄膜,并通过化学腐蚀法获得PZT薄膜鼓包样品。在外加电压为0~14V的条件下进行鼓包测试。结果表明,在纯力场作用下,PZT薄膜的弹性模量和残余应力分别为91.9GPa和36.2MPa;随着电压从2V变化到14V,PZT薄膜的横向压电系数d31从-28.9pm/V变化到-45.8pm/V。本工作所发展的力电耦合鼓包测试技术及力电耦合鼓包本构模型为评价铁电薄膜材料的横向压电性能提供了一种有效的分析方法。     

CNT/PZT/RTV复合材料的相结构及阻尼吸声性能

利用球磨-三辊研磨相结合的工艺,以碳纳米管(CNT)为导电相,RTV(Room Temperature Vulcanized Silicone Rubbers)掺杂的钛酸铅(PZT)陶瓷为复合基体,制备了具有阻尼吸声功能的CNT/PZT/RTV复合材料。测试了二次高压极化前后体系的压电性能,用SEM、IR、XRD、DMA等技术考察了CNT含量对基体微观结构、化学结构、结晶状态、损耗、储能、阻尼等性能的影响规律,用驻波管法测试了400-1600Hz频率范围内复合材料的吸声性能。研究发现,CNT对PZT/RTV基体系在压电性能上有诱导极化的作用,能够增强极化效果,可以极大提高复合基体的损耗和储能模量,而并不影响基体系的化学结构,对复合材料微观结构影响不大。但是,CNT的添加可引起PZT晶格常数的增大,晶相的择优生长趋势增加。文中讨论了以上规律的机理,并报道了4wt.%CNT/PZT/RTV复合体系具有较优的综合性能,其损耗模量、储能模量、阻尼系数和吸声系数分别可达400MPa、4100MPa、0.23和0.6。     

0-3型(PZT,KTN)/P(VDF-TrFE)三相铁电复合材料的电学性能

以偏氟乙烯-三氟乙烯（P（VDF-TrFE））共聚物为基体,锆钛酸铅（PZT）铁电颗粒为功能相,钽铌酸钾（KTN）颗粒为增强相,制备了0-3型（PZT,KTN）/P（VDF-TrFE）三相铁电复合材料。利用SEM及EDAX技术,分析了复合材料的显微结构及PZT和KTN相的分布。测试了具有不同KTN 体积分数的复合材料的电性能。实验结果表明:PZT和KTN相的颗粒分布均匀,存在少量的团聚体;随KTN体积分数的增加,三相复合材料的极化漏电流I、介电常数ε_r和介电损耗tanδ增加,压电系数d₃₃降低,而热释电系数p₃先增加后降低,但其d₃₃和p₃均高于具有相同PZT体积分数的PZT/P（VDF-TrFE）两相复合材料。      

振动真空方法对水泥基压电复合材料性能提高表征测试

为改善水泥基压电复合材料的密实度,提高材料性能和耐久性,该文提出一种基于振动真空共同作用的方法,制备水泥基压电复合材料,设置两组对照试验。以普通硅酸盐水泥为基体,以锆钛酸铅压电陶瓷PZT为功能体,用振动真空和纯真空方法结合切割-填充法制备出1-3型、2-2型PZT/水泥基压电复合材料.研究分析振动真空和纯真空下水泥基压电复合材料的压电性、介电性和机电耦合性能的变化规律。结果表明:采用振动真空方法所得到的试件,其压电应变常数d_(33)和相对介电常数ε_γ比纯真空方法得到的结果相对偏大,而相对应的压电电压常数g_(33)则偏小,压电性能更好。振动真空方法得到的试件,其串联谐振频率f_s和并联谐振频率f_p较纯真空方法得到的试件要更小,而K_p、K_t和Q_m的值都稍微更大,机电耦合性能更好。     

溶胶-凝胶法制备(Bi0.5Na0.5)1-xBaxTiO3陶瓷的性能

测量了使用溶胶-凝胶工艺制备的 (Bi0.5Na0.5)1- xBaxTiO3(x=0,0.02,0.04,0.06)系无铅 压电陶瓷的介电、压电和弹性参数.研究发现,该工艺制备的 (Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷具有 此系列最强的压电性能, 与传统工艺制备的该类压电陶瓷相比, 溶胶-凝胶工艺制备的 (Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷具有压电常数( d33=173× 10- 12C/N)、机电耦合系数( kt=56%, kp= 26%)、泊松比(ν =0.3)提高; 频率常数( Nt=2250Hz· m, Np=2810Hz· m)、退极化温度( Td= 75℃)降低以及介电常数(εTr33=820)、介电损耗( tgδ=3.9%)稍大的特点.     

1-3型水泥基压电复合材料的制备及性能

采用切割-浇注法, 以硫铝酸盐水泥为基体, 制备了1-3型水泥基压电复合材料。详细阐述了1-3型水泥基压电复合材料的制备过程; 研究了0.375Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.375PbTiO₃-0.25PbZrO₃压电陶瓷柱的宽厚比w/t对1-3型水泥基压电复合材料的压电性能、 介电性能和声阻抗的影响。结果表明: 压电陶瓷柱的宽厚比w/t对1-3型水泥基压电复合材料性能有很大影响, 随着w/t的增加, 其压电应变常数d₃₃、 机电耦合系数K_p与K_t、 机械品质因数Q_m、 介电常数ε_r和介电损耗tanδ均随着w/t的增加而减小, 而压电电压常数g₃₃值几乎不受w/t的影响。在压电陶瓷体积分数仅为22.72%的条件下, 调节压电陶瓷柱的宽厚比w/t至0.130, 可使复合材料的声阻抗与混凝土的声阻抗十分接近, 从而有效地解决了智能材料在土木工程中的声阻抗相容性问题。      

PZT陶瓷粉体及其PVDF压电复合材料的制备与性能

采用溶胶-凝胶法合成PZT压电陶瓷粉体,经XRD和SEM分析显示,陶瓷颗粒已形成了钙钛矿型结晶相,颗粒大小在0.1~1μm之间。采用溶液共混法将PZT粒子均匀分散于PVDF基体中,制备了PZT/PVDF压电复合材料。结果表明,增加PZT含量有利于复合材料压电性能的提高,当陶瓷体积分数达70%时,复合材料的压电常数最高。     

铈掺杂对PZT压电陶瓷性能的影响

研究了铈掺杂对PZT(锆钛酸铅)压电陶瓷材料的相组成、微观结构、介电性能、压电性能及铁电性能的影响,并对实验结果做出物理机理的解释.实验结果表明,适量的铈掺杂有利于材料结构的致密,提高了体电阻率,解决了材料在高温高场下极化困难的问题,在铈掺杂量为0.4%(摩尔分数)时,制备出综合性能良好的PZT压电陶瓷:室温时εr=958,tgδ=0.24%,d33=239pC/N,Kp=0.45,Qm=886,适合制备大功率压电陶瓷.     

注射法制备1-3连通压电复合材料及性能研究

采用陶瓷注射成型技术制备PZT陶瓷阵列,经过脱脂、烧结、灌注环氧树脂以及后加工得到长径比为4~5的1-3连通压电复合材料,并对其压电性能和机电转换性能进行研究。结果表明,压电系数d_(33)达到400p C/N以上,与压电陶瓷的相当;纵横耦合比k_t/k_p在2左右,高于PZT陶瓷的纵横耦合比。