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。     

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。     

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。     

K_(0.48)Li_(0.02)Na_(0.5)(Nb_(1–x)Sb_x)O_3压电陶瓷的制备与性能

采用微波烧结法制备了锑掺杂改性K_(0.48)Li_(0.02)Na_(0.5)NbO_3(KLNN)压电陶瓷,研究了锑掺杂量(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08)对陶瓷的微观结构、表面形貌、介电性能、压电性能和铁电性能的影响。结果表明:在掺杂范围内,各组分的陶瓷样品均形成了单一的钙钛矿结构,结晶良好,晶粒均匀,说明金属锑在KLNN晶格中可以形成均匀固溶体,改善了KLNN基无铅压电陶瓷的微观结构,提高了其压电性能和铁电性能。在x=0.06时,K_(0.48)Li_(0.02)Na_(0.5)(Nb_(0.94)Sb_(0.06))O_3陶瓷样品的Curie温度介电常数峰(ε_r)、单向电致应变(ε)、压电系数(d_(33))均达到最大值,分别为ε_r=5 557,ε=0.08%,d_(33)=208 pC/N。     

Ce改性0.9Bi_4Ti_3O_(12)-0.1SrBi_2Nb_2O_9铋层状铁电陶瓷结构与性能

采用固相法制备了CeO_2掺杂改性的0.9Bi_4Ti_3O_(12)-0.1SrBi_2Nb_2O_9(BIT-SBN)铋层状铁电陶瓷材料。系统研究了CeO_2掺杂对BIT-SBN基陶瓷物相结构、微观结构以及电性能的影响。结果表明:所有陶瓷样品均为单一的铋层状结构,样品的晶粒尺寸随着CeO_2掺杂量的增加而逐渐增大,并且沿a-b面的生长速度明显大于沿垂直c轴方向的生长速度;BIT-SBN基陶瓷的压电性能随着CeO_2的掺杂而显著提高,损耗明显降低。当CeO_2掺量为0.75 wt%时,样品具有最佳的电性能:压电常数d_(33)=28 pC/N,介电损耗tanδ=0.20%,机械品质因数Q_m=3015,居里温度T_C=595℃;并且此时样品具有良好的热稳定性,在高温器件领域具有一定的应用潜能。     

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。     

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。     

La~(3+)掺杂对CaBi_2Nb_2O_9压电陶瓷结构与电学性能的影响

采用传统固相法制备Ca_(1-x)La_xBi_2Nb_2O_(9 )(CBN-x La,x=0.00,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10)陶瓷,研究了La~(3+)掺杂对Ca Bi_2Nb_2O_9陶瓷的晶体结构、微观形貌、介电性能、压电及铁电性能以及高温导电机制的影响。结果表明,适量的La~(3+)取代Ca~(2+)优化了晶体结构,细化晶粒,通过施主掺杂降低了氧空位,有效地改善了Ca Bi_2Nb_2O_9陶瓷的电性能。其中Ca_(0.92)La_(0.08)Bi_2Nb_2O_9是最优组分,获得压电性能d_(33)、Curie温度T_C和剩余极化强度2P_r分别为11.7 p C/N、905℃和9.51μC/cm~2,并且在550℃条件下的tanδμ为3.87%,退火处理后,所有组分样品在800℃条件下均保持较稳定压电性能。复阻抗谱表明阻抗是由晶粒晶界共同作用,导电机制与氧空位有密切关系,且La~(3+)能有效提高高温电阻率,使得其在高温传感器中具有应用潜力。     

压电陶瓷K_(0.5)Na_(0.52)Nb_(1-x)Sb_xO_3的制备研究

采用固相烧结法制备无铅压电陶瓷K_(0.5)Na_(0.52)Nb_(1-x)Sb_xO_3,其掺杂量x取值分别为0、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06,对其进行相关性能和常数测定。通过相关试验及测定得出结论:烧结温度为1 140℃时,掺杂水平x为0.02,样品的压电常数d_(33)=111pC/N,介电常数ε_r=1 200,机械品质因数Q_m=10,机电耦合系数kp=0.387,介电损耗tanδ=0.11,该压电陶瓷具有良好的压电性能和铁电性。     

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%。     

BCZT-xBi_2O_3无铅压电陶瓷性能的研究

选取传统高温固相反应合成法制备出Bi_2O_3掺杂的无铅压电陶瓷材料Ba_(0.85)Ca_(0.15)Zr_(0.08)Ti_(0.92)O_3-xBi_2O_3(BCZT-x Bi,x=0~0.15)。采用扫描电子显微镜、准静态压电常数测试仪等一系列检测手段,探讨了Bi_2O_3掺杂对BCZT基无铅压电陶瓷微观组织和电学性能产生的作用,从SEM图像得知,陶瓷的晶粒尺寸随着Bi_2O_3掺杂量的增多先逐渐变小后略微有所增大,XRD图谱则表明,掺杂量不等的Bi~(3+)均能够弥散进入钛酸钡晶格中,能完整固溶于BCZT陶瓷,并且材料具有典型的钙钛矿相结构。当Bi_2O_3掺杂量为0.15 mol%时,此无铅压电陶瓷材料拥有较好的介电性能,介电损耗tanδ的值仅是1.2%,介电常数ε_r的值是5100;当没有掺杂Bi_2O_3时,此陶瓷的压电性能最优,压电系数的值d_(33)=386 p C/N,机电耦合系数的值K_p=44.8%。     

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。     

Er~(3+)掺杂对Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9压电陶瓷电学和光学性能的影响

采用传统固相法制备Na0.25K0.25Bi2.5Nb2O9+x Er(NKBN–x Er,0≤x≤0.06)铋层状无铅压电陶瓷,研究了不同Er3+掺杂量对NKBN–x Er陶瓷显微结构、电学性能及上转换荧光性能的影响。结果表明:所有样品均为单一的铋层状结构;随着Er3+掺杂量x从0增加到0.06,样品的晶粒尺寸逐渐增大,Curie温度TC升高,适量的Er3+掺杂能提高陶瓷的压电性能;电导率与温度的关系在高温区域,热激活氧空位二级电离电子电导起主导作用;在980 nm激光激发下,所有样品在513~570和644~679 nm处可观察到绿光和红光发射峰,分别对应于Er3+的2H11/2→4I15/2、4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2能级跃迁。当x=0.02时,电学性能最佳:压电常数d33=22 p C/N,介电损耗tanδ=0.38%,品质因子Qm=2 324,且样品均具有良好的荧光性能,表明该组分陶瓷可作为高温应用光—电多功能材料。     

共生铋层状压电陶瓷(Li_(0.5)Bi_(0.5))_xBa_(1–x)Bi_8Ti_7O_(27)的结构与性能

采用传统固相法制备了(Li_(0.5)Bi_(0.5))_xBa_(1–x)Bi_8Ti_7O_(27)共生铋层状结构无铅压电陶瓷,采用(Li_(0.5)Bi_(0.5))~(2+)复合掺杂取代A位的Ba~(2+)以调节其晶体结构,提升其Curie温度及综合电学性能,从而达到拓宽该体系高温应用领域的研究目标。(Li_(0.5)Bi_(0.5))~(2+)的引入使陶瓷的压电常数d_(33)从8 pC/N最高提升至18.5 pC/N,Curie温度从480℃提升至633℃。体系正交畸变程度增加,体系剩余极化强度与结构畸变有关,且与压电常数的变化规律一致。(Li_(0.5)Bi_(0.5))_(0.6)Ba_(0.4)Bi_8Ti_7O_(27)陶瓷的综合电性能最佳,为高温压电领域提供了潜在的候选材料。     

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%。     

Er_2O_3掺杂对SrCaBi_4Ti_5O_(18)无铅压电陶瓷结构与电学性能的影响

采用传统固相合成法制备了SrCaBi_(4-x)Er_xTi_5O_(18)(SCBT-xEr,x=0.00,0.02,0.04,0.06)无铅压电陶瓷,研究了Er~(3+)掺杂量对陶瓷物相、微观结构、电学性能及高温稳定性的影响。XRD表明,Er~(3+)掺杂并没有改变SCBT-xEr陶瓷的晶体结构,所有样品均为单一的铋层状结构;通过电学性能分析,随着Er~(3+)掺杂量的增加,在室温下介电常数先增加后减小,居里温度(T_c)逐渐减小。当x=0.02,烧结温度为1180℃时,陶瓷的综合性能最佳,压电常数(d33)=23 pC/N,居里温度(T_c)=427℃;当退火温度达到300℃时,压电常数(d_(33))依旧保持在20 pC/N左右,说明材料具有较好的温度稳定性,材料可以在300℃的高温环境中应用。     

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。     

La^(3+)掺杂对CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)压电陶瓷结构与电学性能的影响EI北大核心CSCD

采用传统固相法制备Ca1-xLaxBi_(2)Nb_(2)O_(9)(CBN-xLa,x=0.00,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10)陶瓷,研究了La^(3+)掺杂对CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)陶瓷的晶体结构、微观形貌、介电性能、压电及铁电性能以及高温导电机制的影响.结果表明,适量的La^(3+)取代Ca^(2+)优化了晶体结构,细化晶粒,通过施主掺杂降低了氧空位,有效地改善了CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)陶瓷的电性能.其中Ca0.92La0.08Bi_(2)Nb_(2)O_(9)是最优组分,获得压电性能d33、Curie温度T_(C)和剩余极化强度2Pr分别为11.7 pC/N、905℃和9.51μC/cm^(2),并且在550℃条件下的tanδ为3.87%,退火处理后,所有组分样品在800℃条件下均保持较稳定压电性能.复阻抗谱表明阻抗是由晶粒晶界共同作用,导电机制与氧空位有密切关系,且La^(3+)能有效提高高温电阻率,使得其在高温传感器中具有应用潜力.     

铌酸铋锶基铋层状结构复相陶瓷的介电弛豫性能

采用分步固相烧结工艺制备(1–x)SrBi_2Nb_2O_9–xN_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3(SBN–NBT)铋层状结构复相无铅压电陶瓷。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及介电和压电测试系统等对陶瓷样品的相结构、微观形貌和电性能进行表征。结果表明:样品均形成了钙钛矿结构(BLSF)相与铋层状结构相两相共存的复相结构,铋层状结构相随NBT引入量增多由SBN逐渐转变为2层与3层BLSF插层结构相,再转变为3层铋层状相。随着NBT组分增加,相变峰向高温移动,铁电–顺电相变峰值介电常数随之减小,相应的介电峰半高宽弥散度增大,铁电–顺电相变弥散程度增强。当x=0.4时,样品弥散因子γ达到1.95,表现出典型的弛豫铁电体相变特征;当x=0.1时,样品电性能达到最佳值:Curie温度TC、室温介电常数和d33分别达到474℃、177和13 p C/N。     

(Ag_(0.75)Li_(0.1)Na_(0.1)K_(0.05))(Nb_(1-x)Sb_x)O_3无铅压电陶瓷的结构和电性能研究

采用传统陶瓷工艺制备了(Ag_(0.75)Li_(0.1)Na_(0.1)K_(0.05))(Nb_(1-x)Sb_x)O_3(x=0~0.10)系无铅压电陶瓷,研究了Sb含量变化对陶瓷的相结构、显微结构和电性能的影响。结果表明:在所研究组成范围内陶瓷均形成了单一钙钛矿结构,当x=0.03~0.06时陶瓷存在正交-伪立方两相共存区;Sb~(5+)的引入使陶瓷的晶粒尺寸有所减小,当x=0.04~0.06时陶瓷晶粒尺寸较为均匀(1~2μm)。陶瓷压电常数d_(33)和机电耦合系数k_p随Sb含量增加均先增大后减小,d_(33)和k_p分别在x=0.04和0.05时达到最大值68 p C/N和26.0%。Sb~(5+)的引入使陶瓷的居里温度有所降低,铁电相变得更加不稳定。