提高PZT压电性能方法的研究现状

PZT(锆钛酸铅)是应用最广泛的压电陶瓷。介绍了提高PZT压电陶瓷压电性能的方法,重点总结了采用改变锆钛比、进行掺杂改性和调节烧结温度等方法来改变压电性能的研究现状,进而为改进工艺提高压电性能提供理论支持,并展望了将PZT压电材料应用于智能涂层在线监测的前景,分析了亟待解决的问题。     

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。     

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。     

0-3 PZT/PVDF 压电复合材料的制备及其性能

采用溶液混合法制备PZT/PVDF压电复合材料。首先用水热法制备出适合溶液混合的PZT陶瓷粉末,并根据陶瓷粉末对PVDF的吸收量,选择乙醇作为PVDF的溶剂进行混合,然后烘干制备PZT/PVDF复合粉末,再成型极化。实验结果表明,这种复合方法提高了PZT陶瓷颗粒在PVDF有机基体中的分散度,使材料内部均匀,结构致密,从而提高了PZT/PVDF压电复合材料的压电和介电性能。      

促进PZT压电陶瓷烧结的几条途径

烧结是制备高性能PZT陶瓷的重要环节,传统固相烧结存在PbO挥发等不足.介绍了提高PZT压电陶瓷烧结性能的几种工艺技术措施,分析了各种措施的原理和特点,展望了烧结技术的发展方向,认为结合高活性粉体合成和特殊烧结手段(或装置)使用的优点用于制备性能优良的PZT压电陶瓷将是一项重要举措.     

烧结温度对0.55Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.45Pb(Zr_(0.3)Ti_(0.7))O_3压电陶瓷性能的影响

0.55Pb(Ni1/3Nb2/3)3-0.45Pb(Zr0.3Ti0.7)O3(0.55PNN-0.45PZT)组分的弛豫型压电陶瓷因具有较高的压电性能,已被作为制备含金属芯压电陶瓷纤维的材料等使用。为了进一步提高压电陶瓷纤维的电学性能,采用传统固相烧结法制备了0.55PNN-0.45PZT压电陶瓷,研究了烧结温度对材料结构、表面形貌和电学性能的影响。结果表明,在烧结温度为1200℃时,材料的各方面性能较佳:密度为8.12g/cm3,d33=850pC/N,kp=0.62,εr=7317,tanδ=0.033,Qm=41.66。     

Sn对PMN-PZT三元系压电陶瓷低温稳定性和压电性能影响的研究

制备了 6种不同Sn含量的PMN -PZT压电陶瓷试样 ,深入研究了Sn添加剂对压电材料压电等性能的影响 ,用XPS分析了Sn在改性PZT压电陶瓷中的存在形式。研究表明 ,Sn添加剂不仅能提高压电性能而且改善了压电陶瓷低温性能的稳定性。     

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.     

锆钛酸铅/聚苯胺/聚氨酯三元阻尼复合材料

为减少压电陶瓷/导电填料/聚合物阻尼复合材料中填料的含量,制备了锆钛酸铅(PZT)/聚苯胺/聚氨酯三元复合材料,其中,聚苯胺(PANI)通过原位聚合的方法包覆于压电陶瓷粒子的表面.采用FTIR,TGA,SEM、EDS研究了PANI包覆PZT的组成和形态.用DMA评价了复合材料的阻尼性能.结果表明,通过原位聚合的方法能够制备PANI包覆的PZT粉末;三元复合材料的阻尼性能与PANI的导电率有关,在一定的PANI导电率时达到最大,并且在任意导电率下均高于单一聚氨酯.用PANI包覆的压电陶瓷与聚合物复合,能够提高聚合物的阻尼性能.通过调整PANI的导电率,可以使材料的阻尼性能达到相应振动频率下的最大值.     

PZT基NiTi SMA/PZT复合材料的组织结构及其压电性能研究EI

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.     

0-3型橡胶基压电阻尼复合材料的制备及其性能

本文以通用橡胶为基体材料,以一定体积分数的锆钛酸铅粉体（PZT）为压电相、导电炭黑为导电相制备了0-3型压电阻尼复合材料。经过直流高温油浴极化处理后,获得了在低频下具有较高损耗因子的压电阻尼材料,并研究了其断面形貌、压电应变系数、损耗因子等各项性能。     

0-3型压电复合材料的压电性能研究

总结讨论了O-3型压电复合材料的一般特点，从理论与实验上研究分析了PZT含量、聚合物类型、陶瓷粉末与极化参数对压电系数^-d33的影响，在一定程度上提供了提高O-3型压电复合材料的压电性能的途径。     

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。     

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/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。     

钨青铜型结构PBNN压电陶瓷电场-应变特性研究

对钨青铜结构型的压电陶瓷［Pb_x（Ba．Sr）_1-x］₄（Na_0．88Li_0．12）₂Nb₁₀O₃₀,x＝0．64（PBNN）的逆压电效应的应变（S）随电场（E）变化特性进行了研究,研究表明该材料的S-E线性好,滞后小．是一种制备随动型压电微位移器的优良材料．从X射线结构分析和S-E变化关系精细测量分析表明,该材料不存在钙钛矿结构型PZT系压电陶瓷（属赝立方铁电相）中由于c←→a,c←→b三晶轴在外电场下互换形成的畴的90°转向,仅有畴的180°转向．这是它S-E特性优良的原因．测量表明,其S-E关系在～350V／mm较高场强处斜率呈现～5％的微小突增,认为这是由于它属假正交晶系,在较强外场下轴长几乎相等的a、b轴间互换对应变的贡献所致．     

多次压电效应对压电石英物性系数的影响

为改善石英器件与产品的性能以适应并推动微/纳机电系统技术的发展,从理论和实验两方面系统地研究了多次压电效应对压电石英弹性系数、压电系数和机电耦合系数等物性系数的影响.理论分析表明,外应力作用下多次压电效应对压电石英弹性系数及压电系数的影响分别是多次逆和多次正压电效应综合作用的体现.采用与压电石英晶体并联一个远大于其等效电容量的电容器的实验方法,测试了多次压电效应对石英物性系数的影响,获得了三次压电效应时石英的压电系数为0.04 pC/N,比未考虑多次压电效应时提高了1.75%,所对应的机电耦合系数亦增加了1.75%.