新型弛豫铁电单晶及其超声医学应用

新型弛豫铁电单晶是一类钙钛矿结构的固溶体材料,具有比传统压电陶瓷Pb(Zr,Ti)O_3更为优越的压电性能,在医用超声成像、声纳、微位移器等方面具有广阔的应用前景。综述了Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3(PZNT),Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3(PMNT)等新型弛豫铁电单晶在生长、性能等方面的研究进展,介绍了弛豫铁电单晶在医用超声换能器方面的应用。     

PZN—PFN—PFW三元系高介电常数材料的研究

本文研究了Pb(Zn_(1/3)Nb(2/3))O_3-Pb(Fe_(1/2)Nb_(1/2))O_3-Pb(Fe_(2/3)W_(1/3))O_3三元系电容器材料。居里温度在室温附近的配方组成,能在870°～890℃烧结而具有较高的介电常数。讨论了少量添加剂对三元系材料介电性能的影响。钙钛矿型结构的配方组成具有高的介电常数和较低的电容温度系数。     

新型弛豫铁电单晶(1-x)Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_(3-x)PbTiO_3生长的技术创新

(1-x)Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_(3-x)PbTiO_3(PZNT)晶体是弛豫铁电体Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3)O_3与普通铁电体PbTiO_3组成的具有钙钛矿结构的固溶体,其准同型相界成分(x=0.09)附近表现出极其优异的压电性能,在医用超声成像、声纳、微位移器等方面具有广阔的应用前景,分析了PZNT-PbO赝二元系的析晶行为和相关系,总结了PZNT晶体的压电性能,讨论了生长工艺和成分对晶体性能的影响。针对PZNT晶体生长中存在的问题,发展了助熔剂-坩埚下降法、通气诱导成核技术、两步法生长工艺、区熔凝固技术、底部籽晶高温溶液法等多种生长技术,生长出大尺寸的PZNT晶体,并比较了这些生长技术的特点。     

高密度高压电性能陶瓷的研究

研究了以WO_3,CdO,Mn_2置换添加改性的Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3)_xTi_yZr_zO_3三元系压电陶瓷,这种陶瓷可以在1060℃—1160℃下烧成高密度高压电性能陶瓷。这种瓷料烧成温度宽,便于工艺控制是用于超声换能、高压发生、压电点火、引燃引爆等方面的理想陶瓷材料。借助XRD,SEM,STEM分析了材料的显微结构,并对材料的烧结机理进行了初步探讨。     

含铅弛豫铁电材料中焦绿石相形成的研究

含铅弛豫铁电材料中焦绿石相的存在是影响材料性能的重要因素,也是制造工艺中遇到的难题之一。本文以Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3(PZN)及Pb(Mg_(1/3)Nb(2/3))O_2(PMN)为例证实了非化学配比有序畴的形成会促进焦绿石相的生成,二者存在着密切关系。对PZN、PMN材料的钙钛矿结构的稳定性提出了新看法。这一结果可很好解释在PZN及PMN研究中出现的一些实验现象,对工艺控制也有指导意义。     

高压电活性PNN–PZN–PBSZT陶瓷的结构及性能

采用铌铁矿预合成及固相法制备xPb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_3–0.01Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3–(0.99–x)Pb_(0.82)Ba_(0.08)Sr_(0.10)Zr_(0.56)Ti_(0.44)O_3(x PNN–PZN–PBSZT)压电陶瓷。研究了不同铌酸镍NiNb_2O_6含量(x=0、0.01、0.015、0.02)对x PNN–PZN–PBSZT压电陶瓷的晶相结构以及压电和介电等性能的影响。结果表明:制备的压电陶瓷均为钙钛矿结构,处在准同型相界处,且随着x的增大,晶体结构逐渐向四方相转变。PNN的引入可以提高x PNN–PZN–PBSZT陶瓷的压电、机电和介电性能,当x=0.015时,样品的综合性能最佳,压电性能和室温介电性能达到最大,d33和εr分别达到998 pC/N和5 498,此时的机电转换因子k_p为74.61%,Curie温度TC为140℃,kp的最大值出现在x=0.02处,为76.26%。     

Pb（Zn1／3Nb2／3）O3基陶瓷固相反应中的相变过程

用两次合成工艺,按Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3(PZN)的化学计量比合成的陶瓷为一种立方焦绿石相和PbO的混合物,其中立方焦绿石相为主晶相。该焦绿石结构的分子式为Pb_2ZnNb_2O_8,Fd3m空间群,Z=6,α=10.62(?)。在PZN基陶瓷中引入钙钛矿结构的子晶(如BaTiO_3),将促进其周围的Pb_2ZnNb_2O_8与PbO结合,形成钙钛矿结构的Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3。     

铌铟镁酸铅–钛酸铅单晶的太赫兹传输特性研究

通过太赫兹时域光谱技术对新型准同型相界组分的三元系弛豫铁电单晶铌铟镁酸铅–钛酸铅[0.24Pb(In_(1/2)Nb_(1/2))O_3–0.43Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3–0.33PbTiO_3(0.24PIN–0.43PMN–0.33PT)]进行测试,并采用时域有限差分法(FDTD),研究了不同厚度和不同电场诱导下单晶的THz波介电调制特性。结果表明:在0.1~1.0 THz频率范围内,厚度和电场都是影响材料介电调制性能的主要影响因素。在0.325 THz处,厚度分别为3、5和7μm时,对应的THz波调制深度分别为31.4%、43.7%和49.9%;在不同电场条件下,在0.543 THz处,调制深度达到了18.3%,而在0.903 THz处,调制深度达到了23.7%。     

Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-Pb(Fe_(2/3)W_(1/3))O_3二元系陶瓷的介电性质和钙钛矿相的形成机制

制备 Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3(PZN)基陶瓷电容器,最主要的问题是形成有害于介电性质的焦录石相。实验表明,固相反应法很难合成钙钛矿结构的 PZN 陶瓷,于1000经固相反应的产物是含立方焦录石的混合物,在 PZN 中添加0.53mol 的 PFW,试样中的钙钛矿相超过97%。通过对 Pb(Fe_(2/3)W_(1/3))O_3(PFW)结晶化学和烧结机理的分析,证明在 PZN 中添加 PFW 能减少或抑制焦录石的形成。本文报导了 PZN-PFW 二元系陶瓷的相关系和介电性质,探讨了钙钛矿相的形成机理。     

Mn掺杂对Ba(Co_(1/3)Nb_(2/3))O_3陶瓷结构和微波性能的影响研究

移动通讯技术的迅猛发展促进了微波陶瓷技术的进步,Ba(Co_(1/3)Nb_(2/3))O_3基复合钙钛矿微波陶瓷得到了广泛关注。以Ba(Co_(1/3)Nb_(2/3))O_3为基体材料,通过掺入Mn替代少部分高温易挥发的Co,XRD和Raman结果表明,掺入Mn可显著地提高Ba(Co_(1/3)Nb_(2/3))O_3陶瓷B位阳离子的1∶2有序度,进而提高其微波性能。且随着掺入量的增大,有序度呈现先增后减的趋势,最高为~36%。当Mn掺杂量(x)为0.015时,Ba[(C_(o0.985)Mn_(0.015))_(1/3)Nb_(2/3)]O_3陶瓷在1380℃烧结6 h可获得最佳微波性能:ε_r=31.18,Q×f=31779 GHz,τ_f=-2.35 ppm/℃。     

PMN-PFN铁电陶瓷低温烧结技术研究

Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(PMN)是一种典型的弛豫铁电体,它具有很大的介电常数,较小的介电损耗,良好的压电稳定性和电致伸缩效应,在叠层电容器、致动器等方面有重要的应用。PMN可以方便地与Pb(Fe1/2Nb1/2)O3(PFN)形成固溶体以移动介电常数峰值温度(Tm)。本文使用Swartz和Shrout提出的两步法,研究了基体掺杂不同物质对0.9PMN-0.1PFN和0.75PMN-0.25PFN二元体系的烧结性能及介电性能的影响。经研究发现:添加BiFeO3、Li2CO3、MnO2,都能使烧结温度降低。其中,当在0.9PMN-0.1PFN中掺入5wt%的Li2CO3时,介电常数为18120,大于纯组分的0.9PMN-0.1PFN的介电常数,当掺入BiFeO3和MnO2时,都使介电性能恶化。对不同掺杂对性能的影响进行了解释。     

Improved strain and transduction values of low-temperature sintered CuO-doped PZT-PZNN soft piezoelectric materials for energy harvester applications

In this study the low-temperature sintering effects and improved piezoelectric properties of CuO-doped 0.69 Pb(Zr0.47Ti0.53)O3-0.31[Pb(Zn0.4Ni0.6)1/3Nb2/3]O3 ceramics were investigated. At high temperatures, a sintered Pb(Zr,Ti)O3–Pb(Zn,Ni)NbO3 material has excellent piezoelectric properties such as a high piezoelectric charge coefficient (d33), high electromechanical coupling coefficient (kp), and high relative dielectric permittivity (εr). However, low-temperature sintering of functional ceramics is important for industrial device applications. For sensor applications, sintering or fabrication temperature is important because processing temperatures can interfere with process and material compatibility. Therefore, in this study, low-temperature sintering effects were investigated by employing low-temperature sintering aids while maintaining the piezoelectric properties. CuO was selected as the sintering aid for these applications. We will investigate and discuss the effects of the low-temperature sintering aid of CuO on the Pb(Zr,Ti)O3–P(Zn,Ni)NbO3 material in device applications. By employing the CuO dopant to Pb(Zr,Ti)O3–P(Zn,Ni)NbO3 material, the strain and transduction values were increased while reducing the sintering temperature.     

B位离子的差异对铅系弛豫铁电体复合陶瓷中两相共存的影响

用两相混合烧结法分别制备Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３系和Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３系复合陶瓷,介电性能测试结果表明,Ｐｂ（Ｚｎ／３Ｎｂ２／３）Ｏ３系陶瓷材料中保持了两相共存的复相结构,而Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３系陶瓷材料中却难以获得两相共存的复相结构,从晶体化学和扩散动力学的角度对这一结果进行了分析。     

含Pt金属芯压电陶瓷纤维的微观结构和电学性能

以传统固相法制备的0．55Pb（Ni1/3Nb2／3）O3-0．45Pb（Zr0.3Ti0.7）03（PNN-PZT）压电陶瓷粉体为原料,采用挤压成型工艺制备含Pt金属芯压电陶瓷纤维。以PbTi03作为保护粉体,对纤维坯体进行1200℃不同时间（0．5、1．0h和2．0h）的烧结处理。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、阻抗分析仪和铁电分析仪等研究了烧结时间对纤维微观结构、压电性能和铁电性能的影响。结果表明：在烧结时间范围内制备的压电陶瓷纤维为单一钙钛矿结构,未发现焦绿石相或其他杂相;随烧结时间增加,陶瓷纤维晶粒尺寸增大,压电和铁电性能明显提高。在1200℃保温2．0h制备的压电陶瓷纤维电学性能较好,压电常数（西1）、相对介电常数（曲、介电损耗（tanδ）和矫顽场（＆）分别为-145pC／N、3313、2．6％和0．27kV／mm。介电温谱结果表明：该陶瓷纤维的特征Curie温度为125℃,峰值相对介电常数为8093。     

Excellent piezoelectric properties of PNN-PHT ceramics sintered at low temperature with CuO addition

Multilayer components with excellent piezoelectric performance have been developed for fulfilling the requirement of new-generation electromechanical devices and systems. Multilayering of the piezoelectric ceramic requires good sinterability preferentially at lower temperature. In this study, copper (II) oxide (CuO) was utilized as the sintering additive to increase the sinterability of 0.49Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃–0.51Pb(Hf_0.3Ti_0.7)O₃ (PNN-PHT) ceramics at low temperature, and simultaneously enhance the piezoelectric and dielectric properties of the ceramics. The results demonstrated that the addition of CuO influenced the sintering behavior, grain growth, and piezoelectric properties of the PNN-PHT ceramics. A ternary high performance piezoelectric PNN-PHT ceramic sintered at 1050°C with 0.5 mol% CuO exhibited excellent properties as follows: d₃₃ = 912 pC N⁻¹ and ε_r = 6665.     

烧结温度对大功率超薄型压电蜂鸣器用压电陶瓷结构和性能的影响

采用轧膜成型工艺制备大功率超薄型峰鸣器用压电陶瓷。该陶瓷是三方／四方相共存PSN—PBZT(0．02Pb(Sb0．5Nb0．5)O3—0．98PbxBa1-z(Zr0.55Ti0.45)O3)压电陶瓷。研究了烧结温度对三方／四方相共存PSN—PBZTB陶瓷性能的影响，利用XRD和SEM研究了烧结温度对其结构的影响。结果表明，随着烧结温度的升高，材料的晶格常数轴率比Ct／at逐渐升高，ar有所降低，同时，材料的晶粒尺才增大，材料的介电常数和机电耦合系数增大。但是，烧结温度太高将手致其介电常数和机电耦合系数降低，这是由于出现玻璃相和游离氧化锆稀释铁电相所致。     

Li2CO3掺杂对0.2PMN-0.8PZT陶瓷的影响

利用铌铁矿预产物合成法,研究不同温度烧结下Li2CO3掺杂对0.2 PMN-0.8PZT压电陶瓷(简称PLC)的相结构和电性能的影响。X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)的分析结果表明,掺杂LiCO3的0.2PMN-0.8PZT压电陶瓷经不同温度煅烧后,所有陶瓷样品的相组成均为纯钙钛矿相,并随着烧结温度的升高,PLC的相结构有由四方相向菱方相转变的趋势。通过0.2PMN-0.8PZT压电陶瓷掺杂LiCO3煅烧后的微观形貌、介电常数、压电性能、铁电性能的分析,发现经1200℃烧结的样品的介电和压电性能最佳:介电常数(εr)为38512,室温压电常数(d33)为300 pC/N,剩余极化强度(Pr)为31.3 C/cm2,矫顽电场(Ec)为7.5 kV/cm。     

弛豫型铁电体Pb(B1/3Nb2/3)O3基复合陶瓷中两相共存的研究

在ＰＺＮ－ＢＴ,ＰＭＮ－ＢＴ－ＰＴ和ＰＮＮ－ＰＴ系统中,用两相混合烧结法,分别制备了ＰＺＮ基,ＰＭＮ基和ＰＮＮ基复合陶瓷,介电性能测试结果表明,ＰＺＮ基陶瓷为两相共存的复相陶瓷,而ＰＭＮ基和ＰＮＮ基陶瓷中的两相都发生了很大程度的固溶,应用键价理论和键性分析对此进行了讨论,并从两组元间扩散动力这的角度和显微结构特征对这一现象进行了分析。     

Mn含量对Al掺杂PMN-PMS-PZT陶瓷介电性能的影响

采用传统的固相烧结法制备了Pb1.07[(Mn1/3Nb2/3)1/2(Mn1/3Sb2/3)1/2]0.08(Zr0.828Ti0.092)O3+x wt%Al2O3+y wt%MnO2(x=0.1,0.3,0.5,0.7;y=0.00,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10,0.12)热释电陶瓷,在对不同组分Al掺杂PMNPMS-PZT陶瓷材料介电性能对比寻优的基础上,逐步增加Mn的含量,研究不同Mn增量下,对最优Al掺杂PMNPMS-PZT热释电陶瓷相结构、晶粒生长以及介电性能的影响。通过X射线衍射仪(XRD)分析显示Al掺杂PMNPMS-PZT陶瓷和在最优Al掺杂基础上增加Mn的含量都不会引入新的杂相,扫描电子显微镜(SEM)分析表明当x=0.30,适当增加Mn的含量,有助于陶瓷晶体的均匀致密,但一旦添加过量则又会产生不好的影响。实验结果表明:采用530℃排塑,烧结1190℃,保温2 h,当x=0.30,y=0.08时,PMN-PMS-PZT热释电陶瓷具有较好的相结构和介电性能,其中介电常数εr约为210,介电损耗tanδ约为0.16%,压电系数d33约为66.00 pC/N。     

合成和烧结工艺对PZT95/5陶瓷致密化影响的研究

以Pb3O4、ZrO2和TiO2为原料，Nb2O5为掺杂剂，利用固相法制备钙钛矿型PZT95／5陶瓷。采用正交实验优化合成和烧结工艺．综合分析了合成温度、合成时间、烧结温度、烧结保温时间、升温速率和烧结气氛对陶瓷体致密化影响的规律性变化。结果表明：其中合成温度和烧结温度是影响陶瓷致密化的重要因素。