Sm3+掺杂SrBi4Ti4O15–Bi4Ti3O(12)压电陶瓷的结构、电学和光致发光性能

采用固相法制备Sm³⁺掺杂SrBi_8–xSm_xTi₇O(27)(SBT–BIT–x Sm³⁺, 0≤x≤0.50)共生铋层状陶瓷,研究了不同掺杂量的Sm³⁺对样品的结构、介电、压电以及光致发光性能的影响。结果表明:所有陶瓷样品均为单一的共生铋层状结构,XRD精修和Ramam结果显示Sm³⁺掺杂引起样品晶格畸变的减小,适量的Sm³⁺掺杂降低了介电损耗tanδ,提升了压电常数d33,当x=0.30时,综合电性能最佳:压电常数d33=16.3 pC/N,tanδ=0.90%。在407 nm近紫外光的激发下,SBT–BIT–x Sm³⁺陶瓷样品在598 nm处存在最强的红橙光发射,当x=0.15时,发光强度达到最佳,Sm³⁺掺杂SBT–BIT共生铋层状陶瓷在光-电多功能器件等领域中具有潜在的应用前景。     

Nd~(3+)掺Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9压电陶瓷的结构与性能

采用固相法制备Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5–x)Nd_xNb_2O_9(NKBN–xNd~(3+),0≤x≤0.40,x为摩尔分数)铋层状无铅压电陶瓷,研究了不同Nd~(3+)掺杂量对NKBN–x Nd陶瓷显微结构、电学性能的影响及NKBN–0.20Nd~(3+)陶瓷高温下的电导行为。结果表明:所有样品均为单一的铋层状结构;当Nd~(3+)的掺杂量x为0.02时,样品的晶粒尺寸减小并趋于均匀,致密度提高;适量的Nd~(3+)掺杂能降低样品的介电损耗,提高NKBN陶瓷的压电常数d33。NKBN–0.20Nd~(3+)陶瓷样品的电学性能最佳:压电常数d_(33)=24 p C/N,机械品质因数Q_m=2 449,tanδ=0.40%,2P_r=1.11μC/cm~2。NKBN–0.20Nd~(3+)样品的阻抗谱表明:在高温区域陶瓷的晶粒对电传导起主要作用,当温度高于600℃时,样品主要表现为本征电导,NKBN–0.20Nd~(3+)和NKBN的电导活化能分别为1.85和1.64 e V。     

Nd^(3+)掺Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9压电陶瓷的结构与性能EI北大核心CSCD

采用固相法制备Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5–x)Nd_xNb_2O_9(NKBN–xNd^(3+),0≤x≤0.40,x为摩尔分数)铋层状无铅压电陶瓷,研究了不同Nd^(3+)掺杂量对NKBN–x Nd陶瓷显微结构、电学性能的影响及NKBN–0.20Nd^(3+)陶瓷高温下的电导行为。结果表明:所有样品均为单一的铋层状结构;当Nd^(3+)的掺杂量x为0.02时,样品的晶粒尺寸减小并趋于均匀,致密度提高;适量的Nd^(3+)掺杂能降低样品的介电损耗,提高NKBN陶瓷的压电常数d33。NKBN–0.20Nd^(3+)陶瓷样品的电学性能最佳:压电常数d_(33)=24 p C/N,机械品质因数Q_m=2 449,tanδ=0.40%,2P_r=1.11μC/cm^2。NKBN–0.20Nd^(3+)样品的阻抗谱表明:在高温区域陶瓷的晶粒对电传导起主要作用,当温度高于600℃时,样品主要表现为本征电导,NKBN–0.20Nd^(3+)和NKBN的电导活化能分别为1.85和1.64 e V。     

K/Ce离子共掺对Na_(0.5)Bi_(2.5)Ta_(2)O_(9)陶瓷的结构与电学性能影响EI北大核心CSCD

采用传统固相法制备(NaBi)_(0.5-x)(KCe)xBi2Ta_(2)O_(9)(NBTO-x,0≤x≤0.15)无铅压电陶瓷,研究K/Ce离子含量对NBTO陶瓷结构和电学性能的影响.结果表明:所有陶瓷样品均生成了m=2的铋层状结构化合物,且未发现其他明显杂峰;随着K/Ce离子含量的增加,样品的Curie温度T_(C)逐渐降低;K/Ce离子掺杂提高了样品的压电性能,压电常数d_(33)随掺杂量提高呈现出先升高后降低趋势,当x=0.075时,样品的综合性能达到最佳:d_(33)=19.0 pC/N,Curie温度T_(C)=735℃,介电损耗tanδ=0.137%,体积密度ρ=9.113 g·cm^(-3);NBTO(x=0.075)陶瓷在600℃退火2 h,其d_(33)仍高达17.8 pC/N,约为初始值(d_(33)=19.0 pC/N)的93.7%,表现出良好的温度稳定性.     

K/Ce离子共掺对Na_(0.5)Bi_(2.5)Ta_2O_9陶瓷的结构与电学性能影响

采用传统固相法制备(Na Bi)_(0.5-x)(KCe)_xBi_2Ta_2O_9(NBTO-x,0≤x≤0.15)无铅压电陶瓷,研究K/Ce离子含量对NBTO陶瓷结构和电学性能的影响。结果表明:所有陶瓷样品均生成了m=2的铋层状结构化合物,且未发现其他明显杂峰;随着K/Ce离子含量的增加,样品的Curie温度T_C逐渐降低;K/Ce离子掺杂提高了样品的压电性能,压电常数d_(33)随掺杂量提高呈现出先升高后降低趋势,当x=0.075时,样品的综合性能达到最佳:d_(33)=19.0 p C/N,Curie温度T_C=735℃,介电损耗tanδ=0.137%,体积密度r=9.113 g·cm~(-3);NBTO (x=0.075)陶瓷在600℃退火2 h,其d_(33)仍高达17.8 p C/N,约为初始值(d_(33)=19.0 p C/N)的93.7%,表现出良好的温度稳定性。     

Ce和Ca共掺杂BaTiO_3陶瓷的结构和介电性质研究

通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RS)、扫描电子显微镜(SEM)、电子顺磁共振(EPR)和介电测试技术研究了Ce和Ca共掺杂BaTiO_3陶瓷的结构、价态、位占据和介电性质。Ba/Ti比例有效的影响了陶瓷的结构。所有陶瓷样品中Ce离子不能以Ce~(4+)完全并入Ti位,或以Ce~(3+)完全并入Ba位。当Ba/Ti=1,(Ba_(1-x)Ca_x)(Ti_(0.95)Ce_(0.05))O_3(x=0.05)陶瓷形成单相四方结构,具有Ba位(Ca~(2+)/Ce~(3+))和Ti位(Ca~(2+)/Ce~(4+))混合价态的双位占据,缺陷复合体Ca~(2+)-Ce~(4+)形成。CeCa_5A(Ba/Ti=0.937)陶瓷为单相立方结构,展现一级相变的介电行为,室温附近具有非常高的介电常数(ε′=16000)。     

Ho~(3+)掺杂Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9陶瓷的结构、电学和上转换发光性能

采用传统固相法制备了Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5–x)Ho_xNb_2O_9(NKBN–x Ho~(3+),0.000≤x≤0.030)铋层状陶瓷,研究了Ho~(3+)掺杂对NKBN陶瓷结构、电学和上转换发光性能的影响。X射线衍射谱表明Ho~(3+)进入NKBN晶格形成了固溶体。随着Ho3+掺杂量的增加,NKBN陶瓷的晶粒尺寸降低,当x=0.020时,样品的压电和铁电性能均达到最佳:d_(33)=21.8pC/N2Pr=1.84μC/cm。(d_(33)为压电常数,Pr为剩余极化强度)所有样品在400℃均未出现明显的退极化现象,在高温下表现出良好的压电稳定性。在980 nm激光激发下,所有陶瓷样品均表现出上转换荧光发光特性,表明NKBN–x Ho~(3+)陶瓷在光电多功能材料领域具有潜在的应用价值。随着极化电压的增加,陶瓷样品的晶格结构对称性提高,上转换荧光发光强度降低。     

Co_2O_3掺杂对BCZT基无铅压电陶瓷组织与电性能的影响

以传统固相烧结合成法制备出Co_2O_3掺杂的无铅压电陶瓷材料Ba_(0.85)Ca_(0.15)Zr_(0.1)Ti_(0.9)O_3-xCo_2O_3(BCZT-xCo,x=0~0.15 wt%)。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)以及其他分析方法研究Co_2O_3掺杂量对制备的BCTZ无铅压电陶瓷的压电性能、介电性能、相组成以及微观结构的影响。结果表明,所有样品均具有纯钙钛矿相结构。随着Co_2O_3掺杂量的增加,晶粒尺寸、介电损耗tanδ、压电系数d_(33)和平面机电耦合系数k_p逐渐减小,而介电常数ε_r逐渐增加。当x=0 wt%时,BCZT-xCo无铅压电陶瓷具有最佳压电性能:d_(33)=420 pC/N,k_p=40%;x=0.15%时,BCZT-xCo无铅压电陶瓷具有最佳介电性能:ε_r=5,100,tanδ=1.4%。     

0.96(K_(0.49)Na_(0.51–x)Li_x)(Nb_(0.97)Ta_(0.03))O_3–0.04Bi_(0.5)Na_(0.5)ZrO_3无铅压电陶瓷的结构与电性能

采用固相法制备0.96(K_(0.49)Na_(0.51–x)Li_x)(Nb_(0.97)Ta_(0.03))O_3–0.04Bi_(0.5)Na_(0.5)ZrO_3(0.96KNNTL_x–0.04BNZ,x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.04)无铅压电陶瓷,研究Li掺杂量对0.96KNNTLx–0.04BNZ陶瓷相结构、微观形貌和电性能的影响。结果表明:0.96KNNTLx–0.04BNZ陶瓷为纯钙钛矿结构,随着Li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;当x≥0.02时,陶瓷转变为四方相结构。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=335 p C/N,机电耦合系数kp=38.40%,机械品质因数Qm=43,介电常数εT33/ε0=1 350,介电损耗tanδ=2.70%,剩余极化强度Pr=23.50μC/cm2,矫顽场Ec=1.52 k V/mm,Curie温度TC=325℃。分析了组成x=0.02的陶瓷在不同温度和不同频率下的交流阻抗谱,表明晶粒和晶界对电传导机制共同起作用,介电弛豫激活能与高温下氧空位移动的激活能相吻合,Erelax=1.15 e V。     

Fe_2O_3掺杂BaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3陶瓷介电性能的研究

采用传统固相法分别于1250℃、1280℃、1300℃、1330℃下制备了BaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3+xmol%Fe_2O_3(0≤x≤1.25)陶瓷样品。XRD结果表明,Fe~(3+)掺杂后的陶瓷样品均为钙钛矿结构。SEM表明,掺杂Fe~(3+)后陶瓷的晶粒尺寸减小。随着掺杂量的增加,陶瓷样品的体积密度ρv和介电常数ε先增大后减小,介质损耗tanδ先减小后增大。1300℃烧结,x=1.00%的陶瓷样品介电性能最好,ρv=6.03 g/cm3,ε=4560,tanδ=0.004。     

Ce~(3+)掺杂对0.65CaTiO _3–0.35LaAlO_3陶瓷微波介电性能的影响

以EDTA为络合剂,采用聚合物前驱体法合成了0.65CaTiO_3–0.35(La_(1–x)Ce_x)AlO_3(CTLCA–x)微波介质陶瓷。研究了Ce~(3+)取代La~(3+)对陶瓷微波介电性能、显微结构以及晶体结构的影响。结果表明:采用聚合物前驱体法合成的CTLCA–x陶瓷,相比于传统固相法,烧结温度降低了125℃左右,在所研究的组成范围内均能形成正交相固溶体,随着Ce~(3+)掺杂量x的逐渐增加,单位晶胞体积减小,陶瓷的品质因数Q×f和介电常数ε_r均增加,但频率温度系数τ_f下降。当x=0.2时,CTLCA~–0.2陶瓷在1 325℃保温3 h烧结后具有最佳的微波介电性能:ε_r=42.7,Q×f=39 159 GHz,τ_f=–7×10~(–6)/℃。     

Nb5+掺杂改性CaBi4Ti4O15压电陶瓷的研究

采用传统固相烧结法,制备了CaBi4Ti(1-x)NbxO1(5x=0.00-0.05,CBT-N)系铋层状结构无铅压电陶瓷。研究了Nb5+掺杂对CBT压电陶瓷压电与介电性能的影响。研究结果表明:添加Nb5+离子,改善了CBT陶瓷的烧结特性,提高了瓷体的致密度。Nb2O5的引入降低了CBT系列陶瓷的介质损耗,改善了陶瓷的压电与介电性能。当掺入量x=0.04(CaBi4Ti0.96Nb0.04O15)时制备的CBT基铋层状压电陶瓷具有优异的压电性能:d33=14pC/N,Qm=3086,εr=212,tanδ=0.0041,kt/kp=1.681。     

Sr和Mn复合掺杂(Na0.8K0.2)0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷

用固相法制备了(Na0.8K0.2)0.5Bi0.5TiO3+xmol%SrCO3+xmol%MnCO3(0≤x≤1.25%)(简称NKBTSM)无铅压电陶瓷,用XRD、SEM、Agilent 4294A精密阻抗仪等对该体系陶瓷的结构与电性能进行表征。结果表明:所制备的NKBTSM陶瓷样品均为单一的钙钛矿结构。Sr和Mn的复合掺杂促进了晶粒的长大,并提高了致密度。与纯NKBT陶瓷相比,掺杂Sr和Mn能提高陶瓷的压电常数d33、机电耦合系数kp和机械品质因子Qm,降低陶瓷的介质损耗tanδ。该系陶瓷具有介电弛豫特性,弥散因子随x的增加先增大后减小。综合考虑:x=1.00%陶瓷的电学性能最佳:d33=152pC/N,Qm=195,kp=28.66%,εr=701,tanδ=2.84%。     

Co_2O_3掺杂对Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))(Zr,Ti)O_3压电陶瓷电学性能及介电弛豫的影响

采用氧化物粉末固相烧结法制备Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))0.5(Zr_(0.3)Ti_(0.7))0.5O_3–w Co_2O_3(0.5PNN–0.5PZT–w Co)压电陶瓷。研究了Co_2O_3掺杂含量对0.5PNN–0.5ZT压电陶瓷相结构、显微组织、电学性能及介电弛豫的影响。结果表明:Co~(3+)掺杂进入主晶体结构中占据了B位。当0.2%≤w≤0.8%(质量分数)时,样品为单一稳定的钙钛矿结构,存在准同型相界;通过修正Curie–Weiss定律,较好地描述了陶瓷弥散相变的特征,弥散相变系数γ随着Co_2O_3掺杂量的增加,先增加后减小,当w=0.4%时,γ达到最大值,表明样品的介电弛豫特征更为明显。样品具有最佳的综合电学性能,压电常数d33=675 p C/N,机电耦合系数kp=60%,介电常数εr和介电损耗tanδ分别约为5 765和1.16%,说明介电弛豫行为与电学性能相关。     

CuO掺杂对Bi_(1.5)ZnNb_(1.5)O_7介质陶瓷性能的影响

采用固相反应法制备Bi_(1.5)ZnNb_(1.5)-xCu_xO_7介电陶瓷,研究了Cu~(2+)替代Nb~(5+)对α-BZN烧结温度、相结构以及介电性能的影响。研究可知:CuO替代能显著降低BZN烧结温度约150℃,材料结构允许的掺杂范围为x≤0.15,样品随掺杂量增加易出现第二相,介电性能也随之变差。CuO掺杂对介电常数温度系数具有明显的调节作用,当x=0.1 mol,在1 MHz下样品获得最佳性能:ε_r=144.226、tanδ=0.0038976、τ_f=-51.61×10~(-6)。     

(NaBi)_(0.5–x)(LiCe)_xBi_8Ti_7O_(27)陶瓷的电性能

采用固相法制备(Na Bi)0.5–x(Li Ce)xBi8Ti7O27铋层状共生结构陶瓷,研究了陶瓷的结构与电性能。结果表明:所有(Na Bi)0.5–x(Li Ce)xBi8Ti7O27陶瓷样品均为共生结构,Li,Ce掺杂没有改变其固有结构;适量Li、Ce掺杂使样品晶粒尺寸均匀,且密度增加,达到ρ=6.88 g/cm3;剩余极化强度Pr和压电常数d33均有显著提高,分别从4.19μC/cm2和8 p C/N提高到8.39μC/cm2和20 p C/N;在645℃和657℃处,样品介电温谱出现介电双峰;当x=0.25时,陶瓷样品综合性能达到最佳:d33=20 p C/N,平面机电耦合系数kp=8.86%,厚度机电耦合系数kt=15.15%,机械品质因子Qm=2 152,Pr=8.39μC/cm2。600℃退极化处理后,d33仍有15 p C/N,表明该材料在高温领域具有良好的应用前景。     

Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9-xCaTiO_3铋层状陶瓷的结构与性能

采用传统固相法制备Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9-x mol%CaTiO_3(NKBN-CT,x=0,0.7,1.0,2.0,3.0,4.0)铋层状无铅压电陶瓷材料。本文系统研究了CaTiO_3掺杂对Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9基陶瓷物相结构、微观结构以及电性能的影响。结果表明:所有陶瓷材料样品均为单一的铋层状结构。随着CaTiO_3掺量的增加,Curie温度T_c呈增高趋势(653~665°C),压电常数d_(33)先增大后减小;当x=1.0时,样品的电性能达到最佳值,即d_(33)=25pC/N,介电损耗tanδ=0.42%,机械品质因数Q_m=2845,T_c=659℃。退极化研究表明NKBN-CT陶瓷样品的压电性能具有良好的热稳定性,说明CaTiO_3掺杂改性Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9基系列陶瓷具有高温领域应用的潜力。     

复合离子(W0.5Mg0.5)4+掺杂BNBT陶瓷的微结构及低场/高场压电性能

采用固相烧结法制备了(W_(0.5)Mg_(0.5))~(4+)复合离子掺杂的(Bi_(0.5)Na_(0.5))_(0.94)Ba_(0.06)Ti_(1-x)(W_(0.5)Mg_(0.5))_xO_3(BNBT-x WM)无铅陶瓷,研究了(W_(0.5)Mg_(0.5))~(4+)复合离子掺杂量对BNBT陶瓷的表面形貌、微观结构,以及铁电、应变、压电、介电等电学性能的影响。结果表明:(W_(0.5)Mg_(0.5))~(4+)复合离子进入了BNBT陶瓷的B位并形成了单一的钙钛矿结构,且陶瓷样品晶界清晰,结构致密。(W_(0.5)Mg_(0.5))~(4+)掺杂增大了剩余极化强度和饱和极化强度。(W_(0.5)Mg_(0.5))~(4+)复合离子的掺杂使电致应变曲线由蝴蝶形变为嫩芽形,在x=0.03时获得0.429%(质量分数)的高电致应变响应,d_(33)*的最大值为833.1 pm/V,其外加高场仅有60 k V/cm。在x=0.02时其低场小信号的压电性能d_(33)有235 p C/N。BNBT-x WM陶瓷的介电常数随着掺杂含量的增多逐渐降低且平坦化,同时向弛豫铁电体转变。     

Ce掺杂Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9-0.4wt%Cr_2O_3高温无铅压电陶瓷的研究

采用固相法制备了Na0.25K0.25Bi2.5Nb2O9-0.4wt%Cr2O3-xwt%CeO2(x=0.00~1.00)高温无铅压电陶瓷,研究了Ce掺杂对该系列陶瓷微观结构及电性能的影响。结果表明所有样品均为单一的铋层状结构陶瓷,适量的Ce掺杂明显改善了陶瓷的压电与铁电性能,降低了陶瓷的电导率和介电损耗。当掺杂量x=0.50时,样品具有最佳性能:d33=27 pC/N,tanδ=0.09%,kp=7.97%,Qm=2637,Tc=656℃,Ec=46 kV/cm和Pr=4.4μC/cm2,表明该材料在高温领域内具有良好的应用前景。     

Ba~(2+)和La~(3+)共掺杂对PZN-PNN-PSN-PZT五元系压电陶瓷性能的影响

采用固相烧结法制备了Ba~(2+)和La~(3+)共掺杂的PZN-PNN-PSN-PZT五元系压电陶瓷。通过XRD、SEM研究了组分的微观结构,并研究了不同Ba~(2+)和La~(3+)共掺杂量对组分的密度及压电介电性能的影响。研究表明:组分的相结构均为单一的ABO3型钙钛矿结构;当x≤0.025时,组分的密度变化不大,x0.025时,密度略有下降;不同量的Ba~(2+)、La~(3+)共掺杂到组分中,所有陶瓷样品存在特征双峰和准同型相界。在x=0.025处,陶瓷的特征双峰逐渐向中间靠拢,说明该处的准同型相界结构最为稳定;当x=0.025时,陶瓷的压电介电性能获得最优,即:ε_r=6327、d_(33)=911pC/N、K_p=0.78、tan_δ=2.94%、Q_m=25。