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。     

xPb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3–(1–x)Pb(Zr_(0.48)Ti_(0.52))O_3压电陶瓷的准同型相界与介电性能

采用铌铁矿预产物合成法制备组成在准同型相界(morphotropic phase boundary,MPB)附近的xPb(Mg1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Zr0.48Ti0.52)O3(PMN-PZT,x=0.125,0.15,0.175,0.2,0.225,0.25,摩尔分数)压电陶瓷。X射线衍射和Raman光谱分析表明:所有陶瓷样品的相组成均为纯钙钛矿相,未探测到其他杂相;随PMN含量的增加,PMN-PZT压电陶瓷的相结构从四方相逐渐向菱方相转变,该体系的MPB组成在x=0.2附近,而且其相结构为四方相与菱方相共存。陶瓷断口的扫描电镜观察表明:陶瓷的晶粒尺寸约1～3μm。陶瓷的介电温谱表明:x=0.2,陶瓷的Curie温度为308.8℃,峰值介电常数约为16380,室温压电常数为351pC/N;陶瓷的Curie温度随PMN含量增加线性下降。     

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。     

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。     

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。     

Ba~(1–x)Sr_xAl_2Si_2O_8系陶瓷晶体结构及微波介电性能

采用固相反应法制备Ba~(1–x)Sr_xAl_2Si_2O_8 (x=0,0.050,0.075,0.100,0.150)介质陶瓷。通过热分析、密度、X射线衍射和扫描电子显微镜等研究Sr~(2+)对Ba~(1–x)Sr_xAl_2Si_2O_8陶瓷的晶体结构及微波介电性能的影响。结果表明:Sr~(2+)可以有效促进六方相钡长石转变为单斜相钡长石,且当x≥0.075时,转变率达到100%。在x=0.050时,六方相与单斜相共存,样品密度ρ和介电常数ε_r最小。在0.050≤x≤0.100范围内,随着Sr~(2+)含量的增加,样品密度、介电常数和品质因数Q×f均增大。在0.050≤x≤0.150范围内,随着x值的增大,具有单斜钡长石相样品的谐振频率温度系数向负的方向呈线性发展。Ba_(0.9)Sr_(0.1)Al_2Si_2O_8在1 425℃烧结时微波介电性能最佳:ε_r=5.95,Q×f=26 619 GHz,τ_f=–25.1×10~(–6) K~(–1)。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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%。     

Zr~(4+)取代对Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3:Eu~(3+)荧光粉结构和荧光特性的影响

采用固相法制备了不同Zr~(4+)取代量的(Ba_(0.97)Eu_(0.03))(Mg_((1–x)/3)Nb_(2(1–x)/3)Zr_x)O_3荧光粉,研究了Zr~(4+)取代量对荧光粉的晶体结构以及荧光特性的影响规律。随着Zr~(4+)取代量的增加,当x=0.05时,体系发生了从六方相到立方相的转变,发光行为有所减弱;当x0.05时,体系为立方相,Zr~(4+)的引入使BO_6八面体扭转程度增强,能级简并消除,B—O成键范围变大,基质对近紫外光区域的光吸收增强,来源于基质的电荷迁移带强度增加,增强了对Eu~(3+)的敏化作用,使稀土Eu~(3+)在近紫外与蓝光区域的激发与发射均得到增强。Zr~(4+)取代后,荧光粉的色坐标由从(0.658,0.342)移动到(0.642,0.358),是一种适用于近紫外(395 nm) LED芯片激发的红色荧光粉。     

(K_(0.44)Na_(0.52)Li_(0.04))(Nb_(0.86)Ta_(0.10)Sb_(0.04))O_3陶瓷的压电性能

采用传统固相法制备Li、Ta和Sb共同掺杂铌酸钾钠(KNN)的(K0.44Na0.52Li0.04)(Nb0.86Ta0.10Sb0.04)O3(KNLNTS)无铅压电陶瓷。研究不同烧结温度对该陶瓷的结构、形貌、致密度以及电学性能的影响。结果表明:不同温度下烧结的陶瓷样品均为钙钛矿相结构;在1 050~1 150℃之间烧结均可获得性能良好的陶瓷样品;1 050℃烧结的样品表现出最佳的综合电学性能,即相对介电常数和压电系数均较大,分别为1 120pC/N和193pC/N,介电损耗较小为2.55%,机械品质因子较大为85,密度较大为4.65g/cm3,且该样品具有饱和的电滞回线。随着烧结温度的升高,陶瓷样品电学性能下降和晶粒增大均与样品中存在着碱金属离子挥发有关。KNLNTS陶瓷样品的Curie温度由不掺杂的KNN陶瓷样品的420℃下降为301℃。     

Ca(Mg_(1–x)Co_x)Si_2O_6陶瓷的烧结性能与微波介电性能

通过Co2+对Mg2+的取代,探讨不同x值下Ca(Mg1–xCox)Si2O6陶瓷的物相组成、烧结性能、微观结构以及微波介电性能。结果表明:Co2+对Mg2+的取代,可将Ca(Mg1–xCox)Si2O6陶瓷的烧结温度从1300℃降低至1 175℃;Co2+在Ca(Mg,Co)Si2O6中的固溶极限在0.2~0.3之间,Mg2+在Ca(Co,Mg)Si2O6中的固溶极限在0.3~0.4之间,当x位于0.3~0.6之间时,出现Ca(Mg,Co)Si2O6与Ca(Co,Mg)Si2O6两相共存;无论是Co2+固溶入Ca Mg Si2O6,形成Ca(Mg,Co)Si2O6,还是Mg2+固溶进入Ca Co Si2O6,形成Ca(Co,Mg)Si2O6,陶瓷晶粒均随固溶度的增大,出现异常长大,进而恶化陶瓷的品质因数。当x=0.5时,Ca(Mg,Co)Si2O6与Ca(Co,Mg)Si2O6两相共存,有效细化了陶瓷晶粒尺寸,1 225℃烧结后,陶瓷的微波介电性能为εr=8.04,品质因数Q×f=59 108 GHz,谐振频率温度系数τf=–51.02×10–6/℃。     

不同锆钛比铁铌锆钛酸铅热释电陶瓷的结构与性能

研究了Zr/Ti摩尔比对两步法合成的0.3Pb(Fe1/2Nb1/2)O3–0.7Pb(ZrxTi1-x)O3(PFNZxT1-x)复合热释电陶瓷微观结构、相构成和综合电学性能的影响。结果表明,所制备的陶瓷样品均为单一钙钛矿结构。在x=0.50处出现四方、菱方相共存的准同型相界。随着Zr/Ti摩尔比增加(x从0.50增至0.95),逐渐从两相共存变为菱方相,同时伴随晶胞体积和陶瓷晶粒尺寸的不断增大。随x增加,体系介电常数减小,介电损耗变化较小,而体系热释电系数及优值呈现出逐渐增大趋势。当Zr/Ti摩尔比在富锆的80/20~85/15之间时,材料室温热释电系数p大于11×10-8 C/(cm2·K1),探测率优值FD大于16×10-5 Pa-1/2,具有较好的综合电学性能。     

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。     

Ba掺杂对Pb(Zr,Ti,Sb)O_3压电陶瓷Curie温度与压电性能的影响

用传统固相法制备了组成为0.98Pb1.0–xBaxTi0.48Zr0.52O3–0.02PbSbO3(x=0.18～0.24)的Ba掺杂Pb(Zr,Ti,Sb)O3(PSZT)压电陶瓷。通过X射线衍射和Raman光谱研究了Ba掺杂PSZT陶瓷的结构,并测量和分析了Ba掺杂对PSZT压电陶瓷的Curie温度和压电性能的影响。结果表明:Ba掺杂影响PSZT陶瓷中四方相和三方相的转化过程、两相比例、晶粒大小并导致四方相的晶格畸变。随Ba含量(x)从0.18增加到0.24,PSZT陶瓷的Curie温度从189℃几乎线性下降到141℃;当Ba掺杂量为0.22时,PSZT陶瓷的Curie温度为156℃,压电应变常数d33为578pC/N,机电耦合系数Kp为0.63,机械品质因数Qm为37.3。     

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。     

(1-x)KNNS―xBFANZ无铅压电陶瓷的 结构与性能的研究

铌酸钾钠基压电陶瓷因其具有优异的电学性能而被广大科研人员青睐，被认为是最有希望取代铅基陶瓷的无铅压电陶瓷之一。本文系统研究了Bi0.44Fe0.06Ag0.03Na0.47ZrO3对K0.48Na0.52Nb0.96Sb0.04O3陶瓷相结构、微观结构及电学性能的影响规律。研究表明：所有的陶瓷样品均为钙钛矿结构，且陶瓷处于菱方相和四方相两相共存状态；晶粒尺寸随掺杂组分含量的增加先增加后减少。通过优化相结构和微观结构，陶瓷获得了最优的电学性能：d33 = 322pC/N、kp = 41.34%、ɛr = 2441、tanδ = 0.036、 = 400 pm/V、Pr = 15.94 μC/cm2。     

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。