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。     

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。     

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。     

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%。     

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。     

Er,Zr共掺杂对(K_(0.16)Na_(0.84))_(0.5)Bi_(4.5)Ti_4O_(15)压电陶瓷电学和上转换发光性能的影响

采用固相法制备Er、Zr共掺铋层状结构陶瓷(K0.16Na0.84Bi)0.47Er0.02Bi4Ti4–xZrxO15(KNBET–Zr–x,0≤x≤0.12,x为摩尔分数),研究了不同Zr含量对样品的结构、电学与上转换发光性能的影响。结果表明:所有样品均为单一的正交相铋层状结构,无其他杂相出现。随着Zr掺入量的增加,晶格常数a、b、c不断增大,正交畸变(b/a)的值逐渐减小;适量Zr掺杂使样品的介电损耗降低,剩余极化强度2Pr和压电常数d33得到提高;当x=0.04时,样品具有最佳的综合电学性能:介电损耗tanδ=0.61%、压电性能d33=24 p/CN、剩余极化强度2Pr=3.02μC/cm2。在980 nm近红外光源激发下,所有样品均呈现出较强的绿光发射,对应于2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2的跃迁。随着Zr离子掺入量增加,正交畸变(b/a)减少,荧光强度逐渐下降。     

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。     

铈和锶复合掺杂对Bi_4Ti_(2.92)Nb_(0.08)O_(12.04)高温无铅压电陶瓷的影响

采用固相法制备了Ce和Sr复合掺杂的Bi4Ti2.92Nb0.08O12.04(BTN+0.5x%CeO2+0.5x%SrCO3,0≤x≤1.5,质量分数)铋层状高温无铅压电陶瓷,研究了不同含量的Ce和Sr掺杂对BTN系陶瓷微观结构及电性能的影响。结果表明:样品均为单一的铋层状结构相,Ce和Sr的引入明显提高了陶瓷的压电性能。当掺杂量x=0.9时,样品具有最佳性能:压电常数d33=29pC/N,平面机电耦合系数kp=8.77%,介电损耗tanδ=0.13%,剩余极化强度Pr=15.87μC·cm-2和Curie温度TC=627℃。此外,该组分陶瓷样品具有良好的压电稳定性,表明该材料在高温领域下具有良好的应用前景。     

W6+掺杂对Na0.5Bi2.5Ta2O9陶瓷的结构与电学性能影响

采用传统固相法制备Na0.5Bi2.5Ta2-xWxO9 (NBTO-x,0≤x≤0.05)无铅压电陶瓷,研究W6+掺杂对NBTO陶瓷结构和电学性能的影响.XRD结果显示,所有陶瓷样品均生成了m=2的铋层状结构化合物,随着掺杂量的增加,样品的正交畸变先减小后增大;W6+掺杂提高了样品的压电与铁电性能,当x=0.03时,...     

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。     

K/Ce离子共掺对Na_(0.5)Bi_(2.5)Ta_(2)O_(9)陶瓷的结构与电学性能影响EI北大核心CSCD

采用传统固相法制备(NaBi)_(0.5-x)(KCe)xBi2Ta_(2)O_(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 pC/N,Curie温度T_(C)=735℃,介电损耗tanδ=0.137%,体积密度ρ=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 pC/N,约为初始值(d_(33)=19.0 pC/N)的93.7%,表现出良好的温度稳定性.     

Co_2O_3掺杂对Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))(Zr,Ti)O_3压电陶瓷电学性能及介电弛豫的影响

采用氧化物粉末固相烧结法制备Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))0.5(Zr_(0.3)Ti_(0.7))0.5O_3–w Co_2O_3(0.5PNN–0.5PZT–w Co)压电陶瓷。研究了Co_2O_3掺杂含量对0.5PNN–0.5ZT压电陶瓷相结构、显微组织、电学性能及介电弛豫的影响。结果表明:Co~(3+)掺杂进入主晶体结构中占据了B位。当0.2%≤w≤0.8%(质量分数)时,样品为单一稳定的钙钛矿结构,存在准同型相界;通过修正Curie–Weiss定律,较好地描述了陶瓷弥散相变的特征,弥散相变系数γ随着Co_2O_3掺杂量的增加,先增加后减小,当w=0.4%时,γ达到最大值,表明样品的介电弛豫特征更为明显。样品具有最佳的综合电学性能,压电常数d33=675 p C/N,机电耦合系数kp=60%,介电常数εr和介电损耗tanδ分别约为5 765和1.16%,说明介电弛豫行为与电学性能相关。     

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。     

Co、Mn共掺杂铋层状Na_(0.5)Bi_(4.5)Ti_4O_(15)无铅压电陶瓷的显微结构及电性能

采用固相法制备Na0.5Bi4.5Ti4O15+x%Co2O3+y%MnCO3(NBT-CM-x)(y=0.1x)铋层状无铅压电陶瓷,研究了Co、Mn共掺杂对Na0.5Bi4.5Ti4O15陶瓷显微结构和电性能的影响。结果表明:所有样品均为铋层状结构;Co、Mn共掺杂能促进陶瓷晶粒生长;随Co、Mn共掺杂量的增加,Curie温度TC逐渐升高(均在635℃以上);Cole-Cole图出现2个圆弧,表明存在晶粒和晶界效应;适量Co、Mn共掺杂提高了Na0.5Bi4.5Ti4O15陶瓷的压电常数d33、剩余极化强度Pr、机械品质因数Qm和相对介电常数εr,降低了直流电导率σDC和介电损耗tanδ。当x=3.0时,NBT-CM-x陶瓷的综合性能最佳:d33=24pC/N,Pr=11.70μC/cm2,Qm=3 117,εr=198,tanδ=0.19%,kp=9.9%,kt=14.7%,表明该陶瓷材料具有良好的高温应用前景。     

(NaBi)_(0.5–x)(LiCe)_xBi_8Ti_7O_(27)陶瓷的电性能

采用固相法制备(Na Bi)0.5–x(Li Ce)xBi8Ti7O27铋层状共生结构陶瓷,研究了陶瓷的结构与电性能。结果表明:所有(Na Bi)0.5–x(Li Ce)xBi8Ti7O27陶瓷样品均为共生结构,Li,Ce掺杂没有改变其固有结构;适量Li、Ce掺杂使样品晶粒尺寸均匀,且密度增加,达到ρ=6.88 g/cm3;剩余极化强度Pr和压电常数d33均有显著提高,分别从4.19μC/cm2和8 p C/N提高到8.39μC/cm2和20 p C/N;在645℃和657℃处,样品介电温谱出现介电双峰;当x=0.25时,陶瓷样品综合性能达到最佳:d33=20 p C/N,平面机电耦合系数kp=8.86%,厚度机电耦合系数kt=15.15%,机械品质因子Qm=2 152,Pr=8.39μC/cm2。600℃退极化处理后,d33仍有15 p C/N,表明该材料在高温领域具有良好的应用前景。     

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。     

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。     

(Ba_(1-x)Ca_x)(Ti_(0.94)Zr_(0.056)Sn_(0.004))O_3无铅压电陶瓷电学性能和Curie温度的协同调控

在A位和B位同时分别加入Ca~(2+)、Zr~(4+)和Sn~(4+),采用传统的固相烧结法在1 480℃烧结4 h制备了(Ba_(1-x)Ca_x(Ti_(0.94)Zr_(0.056)Sn_(0.004))O_3(BC_xTZS)压电陶瓷。研究了Ca~(2+)含量x对BC_xTZS陶瓷微观形貌、相结构和电学性能的影响。结果表明:少量Ca~(2+)有利于晶粒长大,x=0.05的样品具有最大的晶粒尺寸12.88μm,Ca~(2+)、Zr~(4+)和Sn~(4+)全部固溶到BaTiO_3晶格中形成单一固溶体。当0.00≤x≤0.03时,BC_xTZS陶瓷的室温相结构为正交相(O)-四方相(T)两相共存;x=0.05时,O-菱方相(R)-T三相共存;x=0.07时,O相消失,R-T两相共存。所有样品具有较高的Curie温度(T_C104℃)和良好的电学性能(d_(33)=325 pC/N、k_p=34%、Q_m=151),实现了电学性能和Curie温度的协同调控。     

Y_2O_3,Fe_2O_3掺杂(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3无铅压电陶瓷的研究

采用固相法制备了(Na0.5Bi0.5)TiO3+xmol%Y2O3+xmol%Fe2O3(0≤x≤1.25)(简称NBTYF)无铅压电陶瓷。XRD衍射结果表明,所有陶瓷样品均为单一的钙钛矿结构。SEM表明,掺杂后陶瓷的晶粒尺寸增大。介电温谱表明该体系陶瓷具有弛豫特性,随掺杂量的增加,退极化温度Td向低温方向移动,而居里温度Tc向高温方向移动。陶瓷的密度和压电常数d33和随x的增加先增大后减小,而机械品质因子Qm一直下降。当x=1.00时,该体系陶瓷具有最佳压电性能,d33=106pC/N,Qm=93,kp=16.08%,εr=594,tanδ=5.33%,ρ=5.699g/cm3。