Ce掺杂0.85Bi_4Ti_3O_(12)-0.15LiNbO_3铋层状铁电陶瓷的显微结构与性能(英文)

采用固相法制备CeO2掺杂改性0.85Bi4Ti3O12-0.15LiNbO3(BTO-LN)铋层状压电陶瓷。借助于X射线衍射和扫描电子显微镜研究了CeO2掺量与BTO-LN陶瓷晶体结构和电性能的关系。结果表明:所有陶瓷样品均为单一的正交相结构;随CeO2掺量的增加,陶瓷的晶粒尺寸变大,Curie温度TC由653℃下降到617℃;CeO2掺杂提高了样品的压电性能,压电常数d33随CeO2掺量的增加先增大后减小,相对介电常数εr表现出相反的变化趋势;当CeO2的掺入量为0.75%时,样品的电性能最佳,即d33=25pC/N,机械品质因数Qm=2 895,介电损耗tanδ=0.10%,TC=617℃。     

Ce掺杂对0.85Bi_4Ti_3O_(12)-0.15LiNbO_3铋层状压电陶瓷电性能的影响

采用固相法制备0.85Bi4Ti3O12-0.15Li Nb O3-0.75%Ce O2(BTO-LN-0.75Ce)铋层状压电陶瓷。通过阻抗谱研究不同温度和频率对样品电性能的影响。结果表明:介电常数ε*的实部ε′和虚部ε″在低频区域出现分散现象;随频率增大,阻抗(Z*)的实部Z′值逐渐减小,而虚部Z″值先增大后减小。阻抗Cole-Cole图表明:晶粒内部对电传导过程起主要作用,并可用一个并联电阻–电容电路等效。陶瓷样品的阻抗值随温度的升高而减小,电导率值在低频区域相对稳定,且电导率满足Arrhenius关系,说明陶瓷样品的电导是热激活的过程。BTO-LN-0.75Ce的电导活化能小于BTO-LN的电导活化能,分别为1.591 9和1.756 2 e V。     

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。     

Ce掺杂CaBi_8Ti_7O_(27)共生铋层状铁电陶瓷的结构与电学性能

采用固相法制备了CaBi_8Ti_7O_(27–x) Ce(CBT–BIT–x Ce,x=0.00,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10)共生铋层状结构陶瓷。利用X射线衍射、高分辨率透射电子显微镜、Raman光谱、介电谱、阻抗谱对其结构和电学性能进行表征。Ce主要是以Ce~(3+)的形式占据类钙钛矿层的A位,也存在少量Ce~(4+)进入B位。Ce掺杂导致陶瓷晶格畸变增加从而提升了Curie温度。在高温区域陶瓷的晶粒对电传导起主要作用,Ce掺杂使陶瓷电导活化能增加是因为氧空位浓度的减少,进而导致介电损耗tanδ减小和压电常数d_(33)的提升。CBT–BIT–0.06Ce陶瓷样品具有最佳电性能:T_c=746℃,d_(33)=22 pC/N,tanδ=0.40%。     

Bi_4Ti_3O_(12)陶瓷的制备及微观结构

以过量的Bi2O3和TiO2为组分,采用固相烧结法制备Bi4Ti3O12陶瓷。借助XRD和SEM分析相成分和微观结构。结果表明:经750℃/2h预烧后,合成粉体由Bi4Ti3O12、少量的Bi12TiO20和Ti5O9以及Bi2O3组成。成型烧结后,Bi12TiO20和Ti5O9的衍射峰消失,出现了Bi2Ti2O7的衍射峰。1000℃烧结后,Bi2Ti2O7的衍射峰消失,产物基本为Bi4Ti3O12相。SEM分析表明,温度低时,气孔较多,晶粒较细;温度升高后,晶粒长大,气孔减少;到1000℃时,气孔显著减少,晶粒尺寸约为2～5μm。     

SrBi_4Ti_4O_(15)陶瓷薄膜的铁电性能研究

利用溶胶-凝胶法制备了CaxSr1-xBi4Ti4O15铁电陶瓷薄膜,并研究了Ca掺杂量、退火温度以及保温时间对SrBi4Ti4O15陶瓷薄膜铁电性能的影响。研究结果表明,当Ca掺杂含量为0.4%,退火温度为750℃,保温时间为5 min时,样品的铁电性能最好。     

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。     

掺杂Bi_2O_3对CaCu_3Ti_4O_(12)陶瓷显微结构和介电性能的影响

采用传统高温共固相反应法制备了Ca(1-x)BixCu3Ti4O(12-x/2)(x=0,1%,2%,3%,4%,5%)陶瓷,研究了掺杂Bi2O3对CaCu3Ti4O12陶瓷的显微结构和介电性能的影响,结果表明:掺杂Bi2O3可以促进CCTO陶瓷的致密性和晶粒均匀性,掺杂Bi2O3有利于提高CCTO陶瓷的介电性能以及其稳定性,且介电性能与陶瓷晶粒的均匀性和陶瓷的致密性有着一定的联系。相对而言掺杂4%Bi2O3的介电性能最优。     

两步烧结法制备Mn掺杂Bi_4Ti_(2.85)Nb_(0.15)O_(12)陶瓷的微观结构与电性能研究

采用两步烧结法制备了Bi_4Ti_(2.85)Nb_(0.15)O_(12)+0.2 wt%MnO_2(BITN-Mn)铋层状无铅压电陶瓷,研究了两步烧结工艺对BITN-Mn陶瓷的微观结构和电性能影响规律。通过优化两步烧结工艺条件获得了具有均匀细小晶粒结构的致密陶瓷体,其压电常数d33达到23 pC/N。此外,该陶瓷还具有其它优异的综合性能:介电常数ε_(33)~T/ε_0=170,介电损耗tanδ=0.5%,机械品质因素Q_m=2590,500℃下的绝缘电阻率ρ=3.8×10~6Ω·cm,居里温度T_c=665℃,显示了其在高温压电传感器应用方面的潜在价值。     

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。     

Bi_(0.9)La_(0.1)FeO_3铁电薄膜光伏效应研究

通过脉冲激光沉积技术在(001)方向的La_(0.7)Sr_(0.3)Mn O_3/Sr Ti O_3上制备了厚度为500 nm的Bi_(0.9)La_(0.1)FeO_3铁电薄膜,研究了薄膜中的光伏效应。结果表明,铁电薄膜中短路光电流的方向不依赖于整流方向,但始终与极化方向相反,其大小随极化强度的增加变大,并且在净极化强度为零时短路光电流恰好为零。然而,当畴壁浓度或氧空位分布的影响足以补偿由极化所产生的效果时,短路光电流不依赖于极化方向。通过改变畴壁浓度或者氧空位分布,不改变极化方向时可以使得短路光电流的方向发生转变;通过改变氧空位的分布,极化方向改变时,光电流的方向也可以不变。我们的结果为通过改变极化方向、氧空位分布、界面势垒的高度以及电畴密度等因素来调控铁电薄膜中光伏效应具有一定的价值。     

铋层状结构铁电材料的性能与改性研究

铋层状材料具有优良的铁电性能,本文介绍了铋层状材料的结构及其特点,并且综述了其铁电性能(疲劳性能、压电性能)的研究现状、存在的问题.介绍了几种铋层状结构材料改性的工艺措施(热铸法、模板定向生长技术、掺杂).     

(Ba_(0.9)Sr_(0.1))(Ti_(0.999)Nb_(0.001))O_3陶瓷晶粒生长的动力学因子

研究了半导化 (Ba0 .9Sr0 .1 ) (Ti0 .999Nb0 .0 0 1 )O3 陶瓷晶粒生长的动力学因子 ,采用固相反应法工艺制备该陶瓷样品 ,化学原材料为纯度高于 99%的BaCO3,SrCO3,TiO2 和Nb2 O5 等 ,并用到微量原料Al2 O3 和MnSiO3 以改善陶瓷的电学性能 .同样化学配方的 8种样品在130 0℃中保温时间分别为 1,3,6 ,10 ,30 ,6 0 ,10 0和 30 0min ,以获得晶粒生长不同程度的块状陶瓷 .利用扫描电子显微技术分析发现 ,随着保温时间的延长样品的平均晶粒尺寸变大 .经自动图像处理技术发现 ,晶粒生长的动力学因子不是常数 :在烧结初期大致为 1.5 ,而在烧结后期为 3.5 .这与大多数报道的实验和模拟结果一致 .     

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。     

稀土Er/Nb共掺Bi_4Ti_3O_(12)高温铁电陶瓷的上转换发光及电性能

采用固相法制备Er~(3+)掺杂铋层状结构陶瓷Bi_(4-x)Er_xTi_3O_(12)-4%Nb_2O_5(BITN-xEr,0≤x≤0.25)。研究了不同Er~(3+)含量对样品的结构、上转换发光与电性能的影响。XRD表明,所有样品均为正交相铋层状结构,并存在第二相Bi_2Ti_2O_7。Raman光谱表明,Er~(3+)取代了类钙钛矿层A位中的Bi~(3+),导致Ti06八面体的结构畸变。在980nm近红外光源激发下,所有掺杂样品均存在2个绿光和1个红光发射峰,当x=0.20时样品荧光强度达到最佳。随着掺杂量x的增加,Curie温度逐渐升高,压电系数(d_(33))和剩余极化强度(P_r)逐渐下降。当温度升高到500℃时,BITN-O.10Er样品仍有较高的压电活性(d_(33)=21 pC/N)和较好的热稳定性,表明该材料是一种具有潜在应用价值的多功能材料。     

Ni掺杂对铋层状钙钛矿Bi_6Fe_2Ti_3O_(18)薄膜微结构及铁电性能的影响

利用化学溶液沉积法在Pt/Ti/SiO_2/Si(100)基片上制备了Bi_6Fe_(2–x)Ni_xTi_3O_(18)(x=0,0.5,1.0,1.5)薄膜,研究了不同Ni掺杂量对Bi_6Fe_2Ti_3O_(18)薄膜微结构和铁电性能的影响。X射线衍射和Raman光谱测试结果表明:当Ni掺杂量x=1.5时,薄膜仍能保持单相结构,晶格畸变和薄膜压应力随Ni掺杂量分别逐渐增大和减小。Ni掺杂薄膜具有Aurivillius相陶瓷材料典型的不规则扁平状颗粒。随着Ni掺杂量逐渐增加,薄膜的P_s和P_r先增大后减小,而Ec和漏电流逐渐增大。Ni掺杂导致的Bi_6Fe_2Ti_3O_(18)薄膜晶格畸变增加,薄膜压应力减小和氧空位浓度增加是引起薄膜铁电性能变化的主要原因。     

A位掺杂Bi_4Ti_3O_(12)薄膜的制备及铁电性能研究

采用溶胶-凝胶法制A位掺杂Bi4Ti3O12(BTO)的铁电薄膜Bi3.25La0.75Ti3O12(BLT)、Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)及Bi3.15(La0.5Nd0.5)0.85Ti3O12(BLNT);XRD结果表明制备的薄膜具有(117)和(00l)的混合取向;在10V电压下,BLT、BLNT和BNT薄膜的Pr分别为13.14μC/cm2、20.65μC/cm2和21.23μC/cm2;FE-SEM显示BNT薄膜表面光滑致密,颗粒均匀,薄膜厚度约为300nm。     

溶剂热法制备多级纳米结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)及其光电性能研究

采用溶剂热法制备多级结构钛酸铋(Bi_(4)Ti_(3)O_(12))纳米材料,该材料由纳米片堆叠成层状,再自组装成5μm微米球状结构。表征该Bi_(4)Ti_(3)O_(12)纳米结构的光电性能,并与纳米片空心球结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)的光电性能进行对比。结果表明,该多级结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)的光电性能较纳米片空心球结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)提高了10倍。紫外-可见光吸收谱表明多级结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)的禁带宽度小于纳米片空心球结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)。多级结构Bi_(4)Ti_(3)O_(12)材料中纳米片暴露的晶面是影响材料光电性能的重要因素。     

退火温度对硅基铁电薄膜Bi_4Ti_3O_(12)晶相结构的影响

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备铁电Bi4Ti3O12 (BIT)薄膜,研究退火温度对其微观特性的影响,以掌握制备工艺中最佳退火温度。研究表明,随着退火温度的增加,BIT薄膜的c轴取向生长更明显,晶粒尺寸增加,同时表面粗糙度增加;从退火750℃开始,晶粒开始呈棒状生长;当温度高于850℃时,薄膜的c轴生长取向增长趋势不再明显。退火时间对薄膜的相结构和生长取向没有明显影响。     

BaTi_4O_9(f)/0.64BaTi_4O_9-0.36BaPr_2Ti_4O_(12)复合陶瓷的介电性研究

借助X射线衍射技术 (XRD) ,低频阻抗法 ,X射线光电子能谱 (XPS)等手段对BaTi4O9(f) /0 .6 4BaTi4O9-0 .36BaPr2 Ti4O1 2 复合陶瓷新材料的相组成、介电性能和样品中Ti元素的价态变化进行了研究 .研究结果表明 :该复合陶瓷新材料只由BaTi4O9和BaPr2 Ti4O1 2 两相组成 .加入BaTi4O9纤维后 ,复合陶瓷材料中Ti3 + 离子和Ti2 + 离子的含量降低 ,氧元素的含量提高 ,并对该材料体系的介电性有明显的改善作用 ,其中含 10 %BaTi4O9纤维的BPT10试样的性能最佳 ,其εr=6 4,tgδ =1× 10 - 4 (1MHz) .