Lead-free piezoelectric ceramics: alternatives for PZT?

为了抑制K\t\t\t\t\t_0.5Bi\t\t\t\t\t_0.5TiO\t\t\t\t\t₃的退极化现象,提高铁电性能,以K\t\t\t\t\t₂CO\t\t\t\t\t₃、TiO\t\t\t\t\t₂、Bi\t\t\t\t\t₂O\t\t\t\t\t₃及ZnO为原料,通过二步固相法合成无铅铁电复合陶瓷K\t\t\t\t\t_0.5Bi\t\t\t\t\t_0.5TiO\t\t\t\t\t₃:ZnO (KBT:ZnO). 通过X射线衍射、扫描电子显微镜、铁电和介电测试分析了复合陶瓷的微观结构和介电行为. 结果表明:KBT中引入20%(物质的量百分数)的ZnO后,复合陶瓷中生成了第三相Zn\t\t\t\t\t₂TiO\t\t\t\t\t₄,同时,KBT的极化能力及其铁电行为得到改善. 阻抗测试表明复合铁电陶瓷内部只存在一种导电机制,即电子电导. 特别是ZnO的引入抑制了KBT由正常铁电体向弛豫铁电体的相转变,对KBT的应用和研究有着重要的作用.\t\t\t\t

     

K_(0.5)Bi_(4.5)Ti_4O_(15)纳米粉体的复合聚合法制备及表征

为了探究烧结温度与柠檬酸添加量对K_(0.5)Bi_(4.5)Ti_4O_(15)(KBT)陶瓷结构及性能的影响,文中采用复合聚合法制备K_(0.5)Bi_(4.5)Ti_4O_(15)(KBT)纳米粉体,对KBT纳米粉体进行了X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)以及会聚束电子衍射(CBED)等测试,以观察分析其形貌和结构;采用热重及热同步分析仪(TGA)以微商热重法(DTG)对凝胶的组分和热稳定性进行了分析.结果表明:在500℃以下时可通过复合聚合法制备纯的KBT纳米粉体,温度超过600℃时则会检测出第二相(Bi_2O_3);增大柠檬酸的添加量或提高烧结温度,都会增大KBT粉体的晶粒尺寸及其各向异性.     

Sr_(1-x)(YK)_(0.25x)Ba_(0.5x)Bi_4Ti_4O_(15)陶瓷的制备及其介电性研究

为研究铋层状钙钛矿结构(Aurivillius相)铁电陶瓷居里温度(Tc)及介电性能,采用传统固相反应法在1 100℃烧结5 h制备了不同价态元素K~+、Ba~(2+)、Y~(3+)协同置换A位Sr元素的Sr_(1-x)(YK)_(0.25x)Ba_(0.5x)Bi_4Ti_4O_(15)陶瓷,利用X射线衍射仪表征不同置换量陶瓷的物相,结果表明制备的陶瓷均为Aurivillius相,无杂相产生。采用精密阻抗分析仪测量了陶瓷在不同频率下的介电温谱,结果表明,所有陶瓷样品均表现出铁电相变,随替换量增多,陶瓷的居里温度T_c由518.2℃降低到514.5℃,T_c处的介电常数极大值由2 350下降到2 000。研究结果表明,表征结构失稳性的容忍因子参数对Sr_(1-x)(YK)_(0.25x)Ba_(0.5x)Bi_4Ti_4O_(15)陶瓷铁电相变有重要影响。     

Bi1/2Na1/2TiO3-Bi1/2Na1/2(Nb2/3Zn1/3)O3-BaTiO3无铅陶瓷压电介电性能

采用传统陶瓷制备方法,制备出新型无铅压电陶瓷,并对该体系无铅陶瓷的相结构、介电和压电性能进行了研究.结果表明:所研究的组成均能够形成纯钙钛矿(ABO3)型固溶体;随着BaTiO3含量的增加,压电系数d33先增大后减小.同时陶瓷材料的介电常数-温度曲线显示该体系材料具有明显的弛豫铁电体特征.     

(1-x)Pb(Ta0.5Sc0.5)O3-xPb(Zr0.52Ti0.48)O3(0.1≤x≤0.5)弛豫铁电陶瓷的制备工艺及其性能

利用短时研磨(粗磨,2 h)和长时研磨(细磨,48 h)两种不同的研磨工艺并结合B位复合陶瓷制备的一步法工艺流程,制备并研究了铅基钙钛矿弛豫铁电陶瓷(1-x)Pb(Ta0.5Sc0.5)O3-xPb(Zr0.52Ti0.48)O3(0.1≤x≤0.5)(PSTZT)。由细磨工艺制备的陶瓷在1 200℃下烧结2 h获得了纯钙钛矿相;细磨工艺PSTZT陶瓷表面平整、晶粒细小、致密性高,其介电与压电性能、热释电性能等全面优于粗磨工艺陶瓷。     

Bi_(12)TiO_(20)添加对BCZT陶瓷介电性能的影响

采用固相法制备了(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O_3(BCZT)-x%Bi12TiO_20(x=0.03、0.05、0.1、0.5)陶瓷.通过XRD、介电温度特性、电滞回线测试手段对所制备陶瓷样品的介电性能进行了分析.研究结果表明:当x=0.05时,介电常数在1kHz下达到5 250,介电损耗值是1.5%;样品的最大极化强度、矫顽电场和剩余极化强度随着Bi12TiO_20含量的增加而逐渐降低.当x=0.5时,样品具有较高的储能密度0.388J·cm-3.     

不同锆锡比对PLZST铁电陶瓷相变行为的影响

对不同锆锡比的Pb_(0.97)La_(0.02)(Zr_(0.12+x)Sn_(0.7-x)Ti_(0.18))O_3铁电陶瓷的铁电和相变行为进行了系统的研究,阐明了组成和温度对PLZST铁电陶瓷的相变效应的影响规律.研究结果表明:PLZST铁电陶瓷均呈现典型的铁电体电滞回线.随着温度的升高,PLZST12/70/18,PLZST52/30/18,PLZST62/20/18发生铁电-顺电相变,PLZST22/60/18,PLZST32/50/18,PLZST42/40/18为铁电-反铁电-顺电相变.     

KTa0.5Nb0.5O3电子结构的第一性原理研究

用全电势线性缀加平面波法（FLAPW）计算了KTa0.5Nb0.5O3铁电相和顺电相的态密度、能带结构。通过对两相态密度的对比分析发现，在铁电相，钽原子的d电子和氧原子的2p电子以及铌原子d电子与氧原子的2p电子之间存在强烈的轨道杂化，对能带的分析也得出同样的结论，这种轨道杂化对KTa0.5Nb0.5O3铁电性的稳定有着重要的意义。钽原子在四方铁电体KTa1-xNbxO3中的作用与在纯钽酸钾中的作用有明显的差别。     

TiO_2纳米线/Bi_2WO_6催化剂制备及影响因素探究

为制备具有可见光响应的高效光催化剂,采用水热法制备了点-线型形貌的TiO_2纳米线/Bi_2WO_6复合催化剂,考查了钛源、水热温度、溶剂、复合配比等制备因素对复合催化剂形貌的影响,并采用X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等方法进行表征.结果表明:采用钛酸丁酯制备的TiO_2纳米线为锐钛矿相且结晶度良好;水热温度为180℃,溶剂为乙二醇,TiO_2纳米线复合配比为50%(质量分数)时所制备的TiO_2纳米线/Bi_2WO_6复合催化剂点-线形貌最优;TiO_2纳米线复合窄带隙半导体Bi_2WO_6明显拓宽了光谱响应范围,复合催化剂的禁带宽度达Eg=2.70 e V.     

铁微量掺杂对二钛酸钡陶瓷介电性能的影响

采用常规固相反应法,以碳酸钡、二氧化钛和三氧化二铁为原料,制备微量铁掺杂的二钛酸钡陶瓷,研究了铁掺杂含量对二钛酸钡陶瓷的相纯度、相对密度和介电性能的影响.采用X射线粉末衍射仪检测二钛酸钡陶瓷的相成分,利用精密阻抗分析仪测量其介电性能.结果表明,微量铁元素进入了二钛酸钡晶格,能够获得单相二钛酸钡陶瓷的最大铁掺杂量在0.5%～1%之间.随着铁含量的增加,铁电相变居里温度快速减小,从未掺杂时的415 ℃降至铁含量为0.02%时的376 ℃和铁含量为0.5%时的324 ℃.同时介电常数逐渐减小,介电峰不断发生宽化,但并没有导致弛豫性铁电体的出现.微量铁元素的掺杂在实验测量误差范围内对陶瓷的密度影响不大.     

Struchre and Electrical Properties of (Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3 Ceramic with 0.5 wt% of MnO

The structure and electrical properties of(Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3 ceramic doped with 0.5 wt% of MnO were investigated in comparison with those of(Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3 ceramic.It was ascertained that the MnO addition did not cause remarkable change in crystal structure and microstructure.The MnO addition mainly displayed a hard effect on the electrical properties,an increase of coercive field(Ec)and mechanical quality factor(Qm)together with a decrease of dielectric constant(?r)and piezoelectric constant(d33).An enhancement of electromechanical coupling factor(kp)with the MnO addition was obtained too.An essential relation between the piezoelectric properties and ferroelectric nature of the ceramics was detected.It was found that the piezoelectric properties of the ceramics highly depended on the corporative contribution of remanent polarization(Pr)and coercive field.     

助烧剂对(Zr_(0.8)S_(0.2))TiO_4晶相与介电性能的影响

采用传统的固相反应法制备(Zr0.8S0.2)TiO4陶瓷样品,研究不同含量ZnO、Fe2O3、NiO对(Zr0.8S0.2)TiO4材料的晶相、显微结构与介电性能的影响。结果表明:上述添加剂可以降低(Zr0.8S0.2)TiO4陶瓷的烧结温度,当助烧剂ZnO、Fe2O3、NiO的质量分数分别为0.5%、0.5%、0.2%时,烧结温度为1 350℃时已烧结成瓷,没有气孔,致密性好,具有α-PbO2型结构(Zr0.8Sn0.2)TiO4相;随着烧结温度的升高,陶瓷样品出现过烧,介电常数εr由1 300℃的39.833 4下降到1 400℃的26.298 4,介质损耗tanδ在10-3数量级。     

TiO_2/ZnO超细粉体对PET纤维抗紫外性能及力学性能的影响

采用硅改性法对TiO2/ZnO复合粉体进行表面改性。通过在聚酯中添加改性TiO2/ZnO复合粉体形成共混体系,对TiO2/ZnO复合粉体的抗紫外性及其与聚酯共混纺丝后改性涤纶纤维的力学性能进行了研究。研究表明,经过表面改性后的改性剂最佳质量分数为0.1%,TiO2和ZnO粉体的添加量为1∶1时抗紫外线的效果最好,且粉体添加量越大,纤维的力学性能下降越多。     

再烧结Al2TiO5-ZrO2复合材料的性能研究

在钛酸铝粉体中分别引入2%,5%、8%的纳米ZrO2粉体,经1350℃,1400℃,1450℃,1500℃烧结获得Al2TiO5-ZrO2复相材料,对获得的Al2TiO5-ZrO2复合材料破碎再烧结进行性能研究,结果表明：再烧结Al2TiO5-ZrO2复相材料钛酸铝晶粒发育更加完全,经1500℃再烧结的试样抗热震性能明显提高.     

Sr2Bi4-xLaxTi5O18铁电陶瓷性能的研究

采用固相烧结工艺制备了Sr2Bi4-xLaxTi5O18(x=0.00,0.10,0.25,0.50,0.75,1.00)陶瓷样品。用X射线衍射仪对其微结构进行了分析，并测量了其铁电、介电性能、。结果表明，随着La含量的增加，样品的剩余极化Pr和矫顽场Ec逐渐减小，这是由于La掺杂使得样品晶格畸变变小，从而导致剩余极化的降低。相变温度Tc随着La含量的增加而降低，这也与样品晶格畸变有关。     

碱土金属掺杂对BiFeO3陶瓷多铁性的影响

为了探究碱土金属离子掺杂对BiFeO3陶瓷多铁性的影响,采用固相法成功制备了BiFeO3以及Bi0.9 A0.1 FeO3(A=Ca、Sr、Ba)陶瓷,并对其铁电、铁磁等性能进行了研究.X射线衍射结果表明:晶体均为六方钙钛矿结构,空间群为R3 c,晶胞参数随掺杂离子半径的增大呈现先增大后减小的现象.电学性能测试发现:Bi0.9 A0.1 FeO3陶瓷的铁电极化值和漏电流密度均随着掺杂离子半径的增大而增大.结合X射线光电子谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)铁离子价态分析表明:Bi0.9 A0.1 FeO3陶瓷铁电性会受掺杂带来的结构畸变和氧空位浓度变化的双重作用的影响.BFO、BCFO、BSFO和BBFO陶瓷的磁化强度依次增大,磁场强度为14 T时磁化强度分别为0.150、0.356、0.497和0.995 emu/g,其铁磁性随掺杂离子半径增大而增强,这与掺杂造成的结构畸变以及铁离子变价有关.     

LiNbO3/Al2O3复合材料的制备及其力学性能

为了研究铁电相LiNbO3对Al2O3陶瓷材料结构及其力学性能的影响,以Al2O3 Nb2O5 和LiCO3为主要原料,分别通过高温固相法和热压烧结法,制备LiNbO3/Al2O3复合材料.对制备的复合材料进行物相分析,抗折强度的测试以及显微形貌观察.结果发现：LiNbO3的加入有利于促进Al2O3的烧结,降低了Al2O3陶瓷的烧结温度.当烧结温度超过1 200℃时,复合材料的主晶相仍然为LiNbO3和Al2O3,但由于少量Li元素挥发,生成物相LiNb3O8.在1 200℃保温3h,通过高温固相法烧结,5vol％ LiNbO3/95vol％ Al2O3复合材料的抗弯强度达到了最高,为162.34MPa.在1 300℃,150MPa（保温保压1h）热压烧结制备的15 vol％ LiNbO3/85 vol％ Al2O3复合材料致密度为92.82％,其抗弯强度和断裂韧性分别为393.94 MPa和2.38 MPa· m1/2.该复合材料中的LiNbO3晶粒出现了非180°畴结构,这种电畴结构有利于改善材料的力学性能.     

锂盐助烧0.68Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.32PbTiO3陶瓷的介电性能

采用铌铁矿预产物合成法制备了锂盐（Li2CO3,LiNO3,LiF）助烧0.68 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.32 PbTiO3 [PMN-PT] 弛豫铁电陶瓷。采用XRD分析陶瓷相组成,并对其介电性能进行了测试,结果表明：所有陶瓷样品均为纯钙钛矿相,无任何其它杂相出现;添加Li2CO3和LiNO3使PMN-PT陶瓷的介电损耗降低,而介电常数峰宽、介电弛豫特性以及居里点等变化不明显;但添加LiF使PMN-PT陶瓷的介电损耗增大,介电常数峰变宽,介电弛豫更明显,以及居里点下降。极化后锂盐助烧PMN-PT陶瓷的介电常数和损耗峰均表现为双峰,第一个峰为三方铁电相-四方铁电相的相变峰,约80 ℃左右;第二个峰为四方铁电相-顺电相的相变峰,对添加LiF的试样约为130 ℃,其余试样约为150 ℃。这主要是由于添加Li2CO3和LiNO3试样只发生Li＋在PMNT的B位置换产生氧空位,而添加LiF试样可以通过F－取代反应产生铅空位来补偿Li＋取代产生的氧空位。     

低密高强压裂支撑剂的研究

以煤矸石矿渣+粉煤灰矿渣为主料,引入TiO2+ZnO+白云石复合矿化剂,通过调整组分配比,优化控制工艺过程、工艺参数,探索支撑剂制备工艺条件及其影响规律,于1 330℃~1 370℃制备出体积密度为1.54g/cm3,破损率为3%~5%的低密高强压裂支撑剂.借助于XRD、SEM等手段对其物相组成和表面形貌进行表征.