Bi0.5Na0.5TiO3基无铅压电陶瓷的研究进展

随着经济的发展和人们环保意识的增强,无铅压电陶瓷的研究和开发越来越引起人们的重视.由于钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3,简称为BNT)基无铅压电陶瓷具有良好的铁电性和高的剩余极化引起了广大学者的关注.本文分析了BNT基无铅压电陶瓷的研究进展,其中晶粒取向生长技术是提高其压电性能的一个重要途径.本文还介绍了一种溶剂热法制备织构化BNT基无铅压电陶瓷的方法.     

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。     

Na0.5Bi0.5TiO3-K0.5Bi0.5TiO3系无铅压电陶瓷的制备工艺研究

利用XRD、SEM等分析技术 ,研究了Na0 .5Bi0 .5TiO3 -K0 .5Bi0 .5TiO3 系无铅压电陶瓷的合成温度 ,烧成工艺条件对陶瓷晶体结构、压电性能的影响。结果表明 ,合成温度提高有利于主晶相的形成 ,适当延长保温时间有利于材料的压电性能。该体系随着KBT含量的增加 ,烧结温度提高 ,烧结温度范围变窄。同时研究了极化工艺条件对材料压电性能的影响表明 ,提高极化电场和适当提高极化温度有利于压电性能的提高 ,但过高的温度由于受到材料高温下退极化的影响而导致材料压电性能变差     

拓扑化学反应制备片状Na0.5Bi0.5TiO3粉体的研究

通过熔盐法制备出具有铋层结构的前驱体Na0.5Bi4.5Ti4O15,其取向度f值(Lotgering factor法)高达0.9.粉体Na0.5Bi4.5Ti4O15再与NaaCO3和TiO2发生拓扑化学反应,铋层状结构的Na0.5Bi4.5Ti4O15完全转变成钙钛矿结构的Na0.5Bi0.5TiO3(NBT),所得到NBT粉体保留了NBIT的层状形貌,其厚度约0.4μm,长度为5-10μm,显示出较高的各向异性.研究了烧成温度对前躯体NBIT微粒形态的影响.通过SEM分析,固相法,熔盐法和拓扑反应合成的NBT粉体微观结构显示出巨大的差异.     

常压溶剂热法制备Bi0.5Na0.5TiO3纳米粉体的研究

以Bi(NO3)3·5H2O、Ti(OC4H9)4为原料,无水乙醇作溶剂,采用溶剂热法在常压下合成了Bi0.5Na0.5TiO3(简称为BNT)纳米粉体.通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对BNT粉体进行了表征.并在常压溶剂热条件下研究了影响BNT晶体生长和形貌的主要因素.实验结果表明:反应温度为100 ℃,保温时间为2.5 h,NaOH浓度为12 mol·L-1,650 ℃下煅烧2 h时,能制备出单一的BNT粉体,且制得粉体的粒径尺寸约为100 nm.     

La掺杂(Na0.5Bi0.5)0.82(K0.5Bi0.5)0.18TiO3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。     

（Na0.8K0.2）0.5Bi0.5TiO3-xSrTiO3-0．3％Mn无铅压电陶瓷的结构与性能

采用固相法制备了（Na1-xKx0.5）Bi0.5YiO3-xSrTiO3-0.3Mn系无铅压电陶瓷,研究了该系统的微观结构和压电性能。XRD分析表明所得陶瓷样品在室温下均为三方、四方共存的钙钛矿结构,随着Sr的增加,三方相减少,四方相增加。SEM图谱显示各样品颗粒均匀、具有规则的外形、晶界明显,并且少量Sr的加入使样品更加致密化。该体系样品具有优异的压电性能,在Sr含量为0．02时,压电常数如、平面机电耦合系数k,和厚度机电耦合系数kt同时达到最大值,分别为171pC·N^-1、33．1％和30．5％,Sr具有“软性”添加物的作用     

Na0.5Bi0.5TiO3-K0.5Bi0.5TiO3系无铅压电陶瓷的极化工艺研究

主要研究了极化电场,极化时间和极化温度等工艺参数对Na0.5Bi0.5TiO3-K0.5Bi0.5TiO3系无铅压电陶瓷介电和压电性能的影响。结果表明:极化电场和极化温度对压电陶瓷的介电、压电性能影响较大,而极化时间则影响较小。适宜的极化电场是3～3.5kV/mm,极化温度70～80℃,极化时间为10～15min。     

Y2O3掺杂对(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3无铅压电陶瓷性能的影响研究

采用传统固相反应法制备了Y2O3掺杂(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3(简写为BNBT6)陶瓷[简称为BNBT6-x(wt%)Y2O3陶瓷].研究了Y2O3 (0.2wt%～0.8wt%)掺杂对BNBT6陶瓷的结构、介电、压电、铁电性能的影响.结果表明,所有Y2O3掺杂陶瓷样品均形成了单一的钙钛矿结构;陶瓷的介电、压电、铁电性能受Y2O3掺杂的影响较为显著:当掺杂0.4wt%Y2O3时,10 kHz频率下测得的室温εr达到1530,且tanδ较小,为0.050,d33达到152 pC/N,kp=0.27,Qm=134.掺杂0.2wt%的Y2O3时BNBT6陶瓷的d33为145 pC/N,kp增大到0.29,Qm达到173,tanδ为0.053;掺杂适量Y2O3的BNBT6陶瓷铁电性能也得到改善.     

CeO2/Ca0.7Bi0.15Na0.15TiO3复合陶瓷微波介电性研究

通过传统固相烧结法制备了(1-x)(Ca0.7Bi0.15Na0.15TiO3)-xCeO2(x=0.6、0.7、0.8、0.9)陶瓷,并对其晶体结构、表面形貌、元素化合价及微波介电性能进行了系统研究.结果 表明:所有组分陶瓷均含有与CaTiO3和CeO2结构相似的两相.在x=0.4中Ce存在两种价态Ce3+和Ce4.两相的存在导致了介电常数和谐振频率温度系数呈现线性变化,品质因数则表现为非线性变化.当x=0.9时,Ca0.7Bi0.5Na0.15TiO3-CeO2复合陶瓷微波介电性能较优,其εr=35.1,Q×f=10889.2 GHz和τf=27 ppm/℃.     

(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。     

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。     

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。     

溶胶-凝胶法制备(Na0.5Bi0.5)TiO3-BaTiO3基无铅压电陶瓷的研究

采用溶胶-凝胶法制备（Na0.5 Bi 0.5）TiO3-BaTiO3超细粉体。研究结果表明，当热处理温度为800℃时能合成出纯的钙钛矿结构的BNBT超细粉体。另外研究发现，与固相法合成的陶瓷样品相比，sol-gel法制备的陶瓷样品的压电常数和机械品质因子有所提高，但其它的电学性能与固相法合成的陶瓷相近，如介电常数、介电损耗等。     

Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3无铅压电陶瓷烧结技术研究进展

Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷具有优异的压电性能,是最有希望取代含铅PZT系压电陶瓷的体系之一,但烧结特性差,难以获得高致密度的陶瓷体是制约其研究发展的关键问题。基于近年来有关Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷的报道,重点从热压烧结法、放电等离子烧结法、添加烧结助剂法以及添加第二组元促进烧结法四个方面,综述了其在烧结制备技术上取得的研究新进展,并对Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷烧结制备技术今后的发展方向提出了一些建议。     

Bi_(1/2)Na_(1/2)TiO_3-BaTiO_3系无铅压电陶瓷制备工艺的优化及其结构分析

借助正交试验设计,通过对无铅压电陶瓷压电、介电性能的测试,研究了BaTiO3含量、预烧温度、烧结温度及保温时间对(1-x)(B i1/2Na1/2)TiO3xBaTiO3(简写为BNBT 100x)陶瓷性能的影响。研究结果表明制备BNBT系陶瓷的最优化工艺条件为:BaTiO3摩尔分数x=0.06、预烧温度850℃、烧结温度1 130℃、保温时间2 h。通过XRD分析了BNBT系压电陶瓷的晶体结构类型、晶胞参数及晶格畸变随着BaTiO3摩尔分数的变化,确定了该体系的三方四方的准同型相界在x=0.06~0.08之间。     

温度对溶胶-凝胶法制备Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3粉体X射线衍射特征的影响

作为一种主要的无铅压电陶瓷材料,Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3(BNT)是一种优良的候选材料.以钛酸四丁酯、五水硝酸铋和无水乙酸钠为原料,用溶胶-凝胶法制备出清澈透明的BNT凝胶;BNT干凝胶经煅烧可得到BNT细粉.XRD谱线表明,其中主要含有杂相Bi_(12)TiO_(20).随着温度的升高,杂相的强度逐渐降低;同时,由于温度的升高,BNT粉体的晶粒增大.XRD指标化后的结果表明,BNT粉体的(101)晶面的原子排列的有序度较好.     

High-energy storage density in NaNbO3-modified (Bi0.5Na0.5)TiO3-BiAlO3-based lead-free ceramics under low electric field

Ceramic-based dielectric capacitor are highly suitable for pulsed power applications due to their high power density and excellent reliability. However, the ultrahigh applied electric field limit their applications in integrated electronic devices. In this work, (1−x){0.96(Bi_0.5Na_0.5)(Ti_0.995Mn_0.005)O₃-0.04BiAlO₃}-xNaNbO₃ (BNT-BA-xNN, x = 0, 0.04, 0.08, 0.12, and 0.16) ternary ceramics were designed to achieve excellent energy storage properties. It was found that the introduction of NaNbO₃ (NN) effectively increase the difference (ΔP) between P_max and P_r, resulting in an obvious enhancement of the energy storage properties. High recoverable energy storage density, responsivity, and power density, that is, W_rec = 2.01 J/cm³, ξ = W_rec/E = 130.69 J/(kV⋅m²), and P_D = 25.59 MW/cm³, accompanied with superior temperature stability were realized at x = 0.14 composition. In addition, the thermal stable dielectric properties of the sample can be prominently improved with increasing NN content. The temperature coefficient of capacitance (TCC) of x = 0.16 composition is lower than 15% over the temperature range from 49°C to 340°C, with a high dielectric permittivity of 1647 and a low dielectric loss (0.0107) at 150°C. All these features show that the BNT-BA-xNN ceramics are promising materials for energy storage application.