水热法制备Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3陶瓷及其性能

以五水硝酸铋(Bi(NO_3)_3·5H_2O)和二氧化钛(TiO_2)为原料,氢氧化钠(NaOH)为矿化剂,采用水热法合成了具有钙钛矿结构的钛酸铋钠Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3(BNT)无铅压电陶瓷粉体和陶瓷。利用X射线衍射仪(XRD)对产物晶体结构进行表征,用扫描电镜(SEM)观察产物粉体的表观形貌和粒径,并测试了陶瓷的电性能。结果表明,在200℃反应4h,NaOH浓度为6 mol/L,可以水热合成出单一晶相,粒径约为200nm的BNT粉体,用此粉体在1130℃烧结的陶瓷的介电常数ε_r=385.26,压电系数d_(33)=98cP/N。     

稀土氧化物对Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3基无铅压电陶瓷结构和性能的影响

综述了稀土氧化物在Na0.5Bi0.5TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷中的应用现状和发展前景,并阐述了稀土氧化物在BNT基无铅压电陶瓷中的作用机理。     

沉积温度对Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3铁电薄膜结构与性能的影响

利用脉冲激光沉积法和磁控溅射法在(001)SrTiO_3单晶基片上构架了铁电异质结电容器Pt/La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3/Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3/La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3/SrTiO3(LSCO/NBT/LSCO/STO)。利用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、铁电测试仪和压电力显微镜(PFM)研究了沉积温度对Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3(NBT)铁电薄膜的表面形貌、微结构和电学性能的影响。AFM结果表明,NBT薄膜晶粒尺寸随着沉积温度的增加先变小后增大。XRD结果显示,不同沉积温度下生长的NBT薄膜均为(00l)择优取向结构。铁电测试仪和PFM结果表明,NBT薄膜的铁电和压电性能随着沉积温度的增加先增大后减小,650℃生长的薄膜具有最高的剩余极化强度(19.6μC/cm2)和最大的有效压电系数(146 pm/V)。     

Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3系富钠区陶瓷固溶体的相变研究

本工作用X射线衍射、热激放电、介电-温度特性、电荷-压力关系等实验方法研究了xNa_(0.5)Bi_(0.6)TiO_3-(1-x)K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3系(0.73≤x≤1.00)陶瓷固溶体的相变,首次确定了该系统的相图。发现该系统的固溶体,在铁电相和顺电相之间存在着一个较阔的过渡相相区,随着温度的升高,固溶体都依次经历铁电相-过渡相-顺电相相变。文中对过渡相的性质作了讨论。     

Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3系富钠区陶瓷固溶体的电物理性能研究

本工作对xNa_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-(1-x)K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3系(0.73≤x≤0.95)陶瓷固溶体的压电、铁电性质进行了研究。发现准同型相界位于x=0.81处;在相界,压电参数出现极值。在该系统中,获得了高厚度机电耦合系数、高频率常数、低平面机电耦合系数、低相对介电常数的超声换能器材料。该材料还具有无公害,不需密封烧结等工艺优点。     

Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3陶瓷介电性能的实验研究

采用柠檬酸盐-自燃烧法制备Na0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷,系统地研究了制备工艺条件对陶瓷性能和结构的影响。柠檬酸浓度、溶液pH值、烧结温度制度对陶瓷的压电性能有很大的影响。当柠檬酸浓度C=9%,pH=8.5,烧结温度为1130℃时,陶瓷具备最大的压电常数,d33可达71.2pc/n。1130℃烧结陶瓷的XRD表明,陶瓷已形成单一钙钛矿结构的钛酸铋钠主晶相。     

(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3-BaTiO_3系陶瓷的介电弛豫性能

采用传统压电陶瓷固相合成法制得了纯钙钛矿相的( 1 -x) (Bi0 5Na0 5 )TiO3 -xBaTiO3 (x=0 02, 0 04,0 06, 0 08, 0 10) (简写作BNBT)系无铅压电陶瓷。研究了1kHz条件下室温到400℃的温度范围内BNBT试样的介电温谱以及3种不同频率下(1、10、100kHz)BNBT-6试样的介电温谱,发现材料在研究组成范围内均为弛豫型铁电体。采用HRTEM研究了该系统的畴结构,表明BNBT钙钛矿结构铁电体的介电性能与复合离子的有序无序排列密切相关,纳米尺度有序微畴对介电弛豫起着重要作用。     

(0.94-y)Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-0.06BaTiO_3-yBiCoO_3陶瓷的制备与性能

为发展绿色无毒的PZT(lead zirconate titanate,锆钛酸铅)压电陶瓷替代压电材料,钛酸铋钠因其剩余极化强和压电性能好等特点被广泛研究。为进一步提高其压电性能,我们利用传统固相合成工艺制备了(0.94-y)Na_(0.5)Bi_(0.5)Ti O3-0.06Ba Ti O3-y Bi Co O3无铅压电陶瓷。探究了在Ba Ti O3定量的情况下,Bi Co O3对陶瓷的热学性质、结构、压电性能的影响。实验结果表明,微量添加Bi Co O3对BNBT6的结构基本没有影响,所制备的陶瓷仍均为单一的钙钛矿结构;随着Bi Co O3含量的增加,剩余极化强度Pr和矫顽场Ec都是先降低后增加;通过对陶瓷样品的压电性能分析,可以看出Bi Co O3的掺杂量为0.01时,陶瓷样品的压电常数d33取得最大值171 p C/N。     

Cu掺杂对(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3-LiSbO_3-NaTaO_3系压电陶瓷结构及性能的影响

采用传统的陶瓷工艺制备了0.94[0.9405(K0.5Na0.5)NbO3-0.0095(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.05LiSbO3]-0.06NaTaO3(简称KNN-BNT-LS-NT)+xmol%CuO(0≤x≤2.0)陶瓷,研究了其晶体结构、压电、介电以及铁电性质,并对Cu2+在A、B位取代做了详细的分析讨论。结果表明,Cu2+的加入能显著提高陶瓷的机械品质因数Qm和降低其介电损耗tanδ,当加入1.5mol%的Cu2+在时,取得较佳的性能,即d33=183pC/N、Qm=166、tanδ=0.0135。     

Pt/Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_(3)/La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3)电容器的结构和铁电疲劳特性EI北大核心CSCD

采用偏轴磁控溅射法,以单晶钛酸锶(001)SrTiO_(3)(STO)为衬底,不同沉积温度下外延生长了La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3)(LSCO)氧化物底电极。X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)结构表征以及四探针方阻测试结果表明:LSCO薄膜外延(00l)取向最优温度沉积条件为550℃。此外,利用脉冲激光沉积法,以LSCO/STO异质结为模板,构架了Pt/Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_(3)(NBT)/LSCO/STO铁电电容器。XRD和AFM结构表征表明:NBT薄膜为(00l)外延结构。电流密度-电压测试曲线结果表明,室温变为70℃时,Pt/NBT/LSCO异质结漏电流密度有所增加,但未改变导电机制:低压下为欧姆导电和高压下为陷阱的空间电荷限制电流导电。在5 V驱动电压下,室温和70℃时,Pt/NBT/LSCO电容器具有饱和的电滞回线和保持特性,且经过10^(10)翻转后,均未产生疲劳。     

不同施主掺杂对BaTiO_3-Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-CaTiO_3陶瓷电学性能的影响

以BaCO_3,Na_2CO_3,TiO_2,Bi_2O_3,Y_2O_3,Nb_2O_5,La_2O_3为原材料,在氩气气氛中采取固相反应法合成新型高温无铅(95-x)mol%BaTiO_3-xmol%Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-5mol%CaTiO_3((95-x)BT-x BNT-5CT,x=8,15)PTCR(Positive Temperature Coefficient of Resistance)陶瓷。研究不同施主(La,Y,Nb)掺杂对高温无铅(95-x)BT-x BNT-5CT材料的PTCR电学性能的影响。实验结果表明不同施主掺杂的BT-BNT-CT样品都有明显的正温度系数电阻效应,即PTC效应,其中Y和Nb掺杂的样品的整体性能最好。同时还研究了BNT含量分别为8%和15%对材料电学性能和居里温度的影响,实验结果得出,BNT的含量越高,材料的居里温度越高,但材料的半导化越困难。     

锰掺杂无铅压电陶瓷(Bi_(0.5)Na_(0.5))_0.9Ba_(0.07)Sr_(0.03)TiO_3的结构和电学性能(英文)

采用传统陶瓷工艺制备掺MnO2的(Bi0.5Na0.5)0.9Ba0.07Sr0.03TiO3(BNBST)无铅压电陶瓷。锰掺杂(MnO2摩尔掺量x=0～1.25%)可以提高陶瓷的烧结性能,在1150℃烧结,可以得到致密陶瓷和纯的钙钛矿相。X射线衍射显示:室温、0.20x0.75时,形成四方相与三方相共存的准同型相界(morphotropic phase boundary,MPB),且x=0.25时,锰掺杂的BNBST陶瓷表现出优良的性能,其中压电常数d33=157pC/N,平面机电耦合系数kp=33%,机械品质因数Qm=364,相对介电常数εr=843,介电损耗tanδ=2%。这些结果确认了MPB组成与x之间的相互关系,并为设计新型压电材料提供方法。     

Bi_(0.5)K_(0.5)TiO_3掺杂对0.945K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3-0.045LiSbO_3无铅压电陶瓷结构性能的影响

采用传统固相合成法合成(1-x)(0.945K0.5Na0.5NbO3-0.045LiSbO3)-x(Bi0.5K0.5TiO3)(简记为(KNN-LS)(1-x)-BKTx))无铅压电陶瓷,研究不同BKT掺入量(x=0.000,0.005,0.010,0.015,0.020,0.025,0.030)对该体系陶瓷的微观结构和压电介电性能。结果表明:x≤0.025时,均可形成单一钙钛矿结构;与KNN-LS相比,体积密度(ρ)、机械耦合系数kp、kt显著提高;d33、介电损耗tanδ、机械品质因数Qm和次级相变温度降低;当x=0.020时,样品的整体性能达到最佳值:ρ=4.239g/cm3,d33=94pC/N,kp=30.9%,kt=20.7%,tanδ=0.024,相对介电常数εT33/ε0=2468,Qm=53.95,次级相变温度降至室温以下,温度稳定性好。     

Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3:ZnO无铅复相陶瓷的显微结构与铁电性能

采用二步固相法制备了0.8Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3:0.2ZnO无铅复相铁电陶瓷,研究了不同烧结温度制备的复相陶瓷的烧结性能、显微结构和铁电性能。结果表明:Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3中引入20%(摩尔分数)ZnO后,复相陶瓷产生了第三相Zn_2TiO_4,并且随着烧结温度的升高,Zn_2TiO_4含量逐渐增加。1 000℃烧结的陶瓷样品的剩余极化强度在测试温度为135℃时仍然保留了室温下的81%,且随着烧结温度的升高,不同样品的剩余极化强度没有减小的趋势,证明了ZnO所形成的内建电场提高了Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3铁电性的高温稳定性。     

(1-x)(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.94)Ba_(0.06)TiO_3-xSnO_2无铅压电陶瓷的结构调控及其电学性能研究

采用固相合成法和常压烧结法制备了(1-x)(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.94)Ba_(0.06)TiO_3-xSnO_2(BNBTS,x=0.00-0.04)粉体和陶瓷,采用XRD、SEM和电性能测试手段对BNBTS陶瓷结构、铁电性能、压电性能和介电性能进行了分析,结果发现,添加不同量的SnO_2的陶瓷样品都形成了单一的钙钛矿结构;SEM图片显示,随着Sn O_2的加入,晶粒尺寸减小,晶粒尺寸分布更均匀;电学性能测试结果表明,SnO_2的加入明显改变了BNBTS陶瓷的电学性能,随着x的增大,Pr先增大后减小,在x=0.03时,Pr达到最大值36.5μC/cm~2,但x在0.01到0.03之间变化时,剩余极化强度Pr变化不明显,而矫顽场Ec则呈减小趋势;压电常数d_(33)随着x的增大先增大后减小,在x=0.02时,达到最大值134μC/N;各样品具有典型铁电体所具有的"蝴蝶状"的双向应变曲线,随着SnO_2含量的增加,负向应变减小,正向应变变大。随着SnO_2的加入,BNBTS陶瓷的室温介电常数变大,并表现出弛豫特性,在x=0.03时BNBTS陶瓷室温下的介电常数达到最大值1143。     

化学法制备Y掺杂BaTiO_3-(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3无铅PTCR陶瓷

用化学法制备了(1-xmol%)BaTiO_3-xmol%(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3(BBNTx,x=1,2,3,4,5)高温无铅正温度系数电阻(positive temperature coefficient of resistivity, PTCR)陶瓷。XRD表明所有的BBNTx陶瓷形成了单相的ABO_3四方钙钛矿结构。电阻温度特性表明空气中烧结的所有BBNTx陶瓷都能够半导化,具有明显的PTC特性。其中0.2 mol%Y掺杂BBNT1陶瓷,室温电阻率大约为500Ω·cm,电阻突跳比(最大电阻/最小电阻)在2.7个数量级左右,电阻突变温度约130℃。材料的电阻突变温度会随着BNT的增加而略有增加。但BNT的增加会导致室温电阻率明显增大,并且PTC效应也会降低。BBNT5陶瓷的电阻突变温度能够增加到145℃左右,但室温电阻率超过105Ω·cm,电阻突跳只有1个数量级。     

模板前驱体对熔盐法制备Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3片状晶粒的影响

首先采用熔盐法合成出铋层状结构的Bi_4Ti_3O_(12)和Na_(0.5)Bi_(4.5)Ti_4O_(15)籽晶,再分别以其作为前驱体,通过拓扑化学反应在900～1100℃合成了片状、各向异性的Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3晶粒。通过XRD,SEM分析方法,研究了模板前驱体对Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3晶粒相结构和微观形貌的影响,并讨论了其形成机理。结果表明:前驱体晶胞的不同造成Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3粒径大小和形貌的差异。     

(0.94-x)Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-x(K_(0.9)Na_(0.1))NbO_3-0.06BaTiO_3无铅陶瓷的结构与电储能特性研究

采用固相法制备了(0.94-x)Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-x(K_(0.9)Na_(0.1))NbO_3-0.06BaTiO_3((0.94-x)BNT-x KNN-0.06BT,x=0,0.03,0.06,0.09,0.12,0.15)无铅储能陶瓷,系统研究了(K_(0.9)Na_(0.1))NbO_3(KNN)添加量x对陶瓷相结构、微观结构和电储能特性的影响。X射线衍射(XRD)分析结果表明:当x≤0.03时,陶瓷为纯立方钙钛矿结构,而当x≥0.06时,出现第二相。扫描电子显微镜(SEM)结果显示各陶瓷具有高的致密度。采用HP4294精密阻抗分析仪测试了陶瓷的介电性能,采用美国Radiant铁电分析仪测试了陶瓷的电滞回线并计算了其储能密度和能量效率。结果表明在1120℃烧结温度下制备的(0.94-x)BNT-x KNN-0.06BT陶瓷,当x=0.03时,陶瓷具有优异的性能:相对介电常数ε_(33)~T/ε_0=2440,介电损耗tanδ=5.1%,在外加电场90 k V/cm条件下,其有效储能密度γ达到1.43 J/cm~3,且具有较高的能量效率η=72.5%,表明该陶瓷可应用在高压储能陶瓷电容器中。     

La掺杂(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.82)(K_(0.5)Bi_(0.5))_(0.18)TiO_3系统无铅压电陶瓷的制备工艺探讨

采用传统陶瓷工艺,研究了制备[(Na0.5Bi0.5)0.82(K0.5Bi0.5)0.18]1-xLaxTiO3(x=0.00,0.01,0.03,0.05,0.10)无铅压电陶瓷的工艺条件对陶瓷的物相组成、显微结构和压电性能的影响。利用XRD、SEM等技术分析结果表明,合成温度的提高有利于主晶相的形成,且此系统烧成温度范围较窄,故需控制在合适的烧成温度下才能得到高致密度的陶瓷。同时,研究了极化工艺条件对材料压电性能的影响,结果表明,提高极化电场强度、控制适当的极化温度有利于提高材料的压电性能。     

碱土金属钛酸盐掺杂(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3陶瓷的烧结特性与电学性能

采用标准电子陶瓷制备工艺制备了Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3陶瓷和高组分碱土金属钛酸盐0.06AETiO_3(AE=Mg、Ca、Sr和Ba)掺杂(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3陶瓷,研究了不同的碱土金属离子对NKN陶瓷的烧结特性和电学性能的影响。研究表明,1130℃烧结成瓷的NKN-CaT和NKN-SrT陶瓷获得了高的相对密度(96%);室温下,XRD图谱显示,NKN-CaT、NKN-SrT和NKN-BaT陶瓷均为四方钙钛矿结构;介电温谱显示NKN-CaT、NKN-SrT和NKN-BaT陶瓷的正交-四方相变温度T_(o-t)移到了室温以下;室温下NKN-CaT、NKN-SrT陶瓷表现出了明显的"软"性掺杂的性能,并获得了高的压电系数d_(33)(171 pC/N和135 pC/N)与机电耦合系数k_p(0.275和0.240)。