A位Sm掺杂对0.93Na0.5Bi0.5TiO3-0.07BaTiO3陶瓷微结构及电学性能的影响

采用固相反应烧结方法制备了Sm掺杂的[(Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07]_1-xSm_xTiO₃(BNBST)无铅介电储能陶瓷, 系统研究了Sm掺杂含量对BNBST陶瓷的相结构、微观结构、铁电、介电、储能和交、直流电导的影响。研究结果表明: 制备的陶瓷样品具有单一的钙钛矿结构, Sm掺杂固溶于(Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃基材的晶格A位; 晶粒生长被Sm掺杂抑制, 平均晶粒尺寸在2 μm内, 且均匀致密; Sm掺杂显著降低了剩余极化和矫顽场, 表现出双电滞回线特性, 但饱和极化也略有降低; 储能密度和效率随Sm掺杂量增加先增大后减小, 在x=0.02和电场为70 kV/cm时获得最大储能密度0.70 J/cm³, 其效率为40%; BNBST陶瓷具有明显的弛豫铁电体特征, 其介电常数峰T_m随掺杂量增加而降低且平坦化; BNBST陶瓷的绝缘性有较强的温度依赖性, 300℃以下具有良好的绝缘性。     

Na0.5Bi0.5TiO3−BaTiO3−SrTiO3陶瓷的相图及电致伸缩性能

目的 利用SrTiO3调控Na0.5Bi0.5TiO3−BaTiO3−SrTiO3(NBT−BT−ST)三元系陶瓷的相结构,在室温下获得性能优异的电致伸缩材料,该材料可用于包装机械物料供给微振动器的研发。方法 采用传统固相合成法制备(1−x)[0.94NBT−0.06BT]−xST陶瓷。在分析(1−x)[0.94NBT−0.06BT]−xST陶瓷相图的基础上,阐述不同相区应变的来源,并系统研究弛豫相区陶瓷铁电、应变和电致伸缩性能等。结果 随着ST含量的增加,(1−x)[0.94NBT−0.06BT]−xST陶瓷的相结构由三方相、四方相两相共存→四方铁电相→铁电相、弛豫相共存→弛豫相。三方、四方两相共存区陶瓷的应变主要来源于晶格变形和非180^o畴转向。铁电、弛豫两相共存区陶瓷的应变主要来源于电场引发弛豫相和铁电相的相变。弛豫相区陶瓷的应变主要来源于样品晶格本征变形产生的电致伸缩效应。在弛豫相区,随着ST含量的增大,(1−x)[0.94NBT−0.06BT]−xST陶瓷的弛豫性增强,电滞回线逐渐变瘦,应变和滞后性均出现不同程度的降低,其中,x=0.40的样品在电场强度60 kV/cm下的应变滞后性降至7.8%,表现出典型的电致伸缩特征。在较强的弛豫性和形成纳米极性微区的作用下,在组分x=0.40时陶瓷在电场强度50 kV/cm下的电致伸缩系数高达0.021 3 m⁴/C²。结论 通过ST调控NBT基陶瓷的相结构,在弛豫相区能够有效地改善其电致伸缩性能。利用该技术制备的陶瓷电致伸缩材料可为包装机械物料供给微驱动器的研发和改进提供技术支持。     

A/B位双取代钛酸铋钠基压电陶瓷性能研究

采用固相烧结方法制备了Bi、Co同时取代化学计量比钛酸铋钠基(Bi_0.5+x/2Na_0.5-x/2)_0.94Ba_0.06Ti_1-xCo_xO₃无铅压电陶瓷, 研究了材料中A/B位缺陷对其电滞回线和电致应变的影响。结果表明陶瓷具有均一的赝立方结构, 随着掺杂量的增加, 材料铁电-弛豫相转变温度降低, 应变增加。同时材料在疲劳过程中伴随着弛豫相的增多, 在较低电场下产生较大的应变(0.458%), 逆压电常数d₃₃^*达到770 pm/V。介电温谱和电滞回线上反常变化与化学计量比陶瓷中产生的A/B位缺陷偶极子密切相关, 并表明这种缺陷偶极子是以氧空位为媒介形成的。     

Na0.5Bi0.5TiO3基无铅陶瓷的制备及电致伸缩效应研究

目的 在Na0.5Bi0.5TiO3基陶瓷材料中诱导缺陷来提高其电致伸缩性能,在室温下获得性能优异的电致伸缩材料,该材料可用于包装机械物料供给微振动器的研发。方法 利用传统固相合成法制备0.7(Bi0.5Na0.5)Ti0.9Mn0.1O3?0.3Sr(1?3x/2)Bix□x/2TiO3（NBT?SBxT?Mn）陶瓷。通过掺杂Sr(1?3x/2)Bix□x/2TiO3,在陶瓷中形成VA?VO局部缺陷,获得具有极性纳米微区的非极性相结构。同时,通过掺杂MnO在陶瓷中形成Mn?VO缺陷偶极子,获得滞后小的电致伸缩应变。结果 所制备的样品均表现出极性纳米微区的非极性相结构和弥散度高于1.80的典型弛豫特征。随着x的增加,氧空位的含量先降低后明显增大。氧空位含量的降低表明在NBT?SBxT?Mn陶瓷中形成了Mn?VO缺陷偶极子。在VA?VO局部缺陷、Mn?VO缺陷偶极子、较高弛豫性及形成的极性纳米微区的共同作用下,组分x=0.07样品的电致伸缩系数高达0.036 m4/C2,性能优异。结论 通过在NBT基陶瓷材料中诱导缺陷能够有效改善其电致伸缩性能。     

(0.96NaNbO3-0.04CaZrO3)-xFe2O3反铁电陶瓷的介电及储能性能研究

0.96NaNbO₃-0.04CaZrO₃(简称NNCZ)陶瓷在室温下展现出稳定的双电滞回线, 但是其储能密度、储能效率和击穿强度都比较低, 限制其成为储能材料。本工作通过掺杂Fe₂O₃, 利用Fe ³⁺离子变价的特点, 实现NNCZ储能性能的优化。采用传统固相法制备了(0.96NaNbO₃-0.04CaZrO₃)-xFe₂O₃(简称NNCZ-xFe)反铁电储能陶瓷, 并对样品的相结构、微观形貌、电学性能和储能性能进行了表征, 重点研究了Fe₂O₃掺杂量对NNCZ陶瓷介电和储能性能的影响规律。结果表明, 样品均具有单一的钙钛矿结构, 掺杂Fe₂O₃能明显降低NNCZ陶瓷的烧结温度, 晶粒平均尺寸随着掺杂量增大先减小后增大, 掺杂量x=0.02时, 晶粒平均尺寸最小(5.04 mm), 且具有较好的储能性能。室温下, NNCZ-0.02Fe击穿强度为230 kV/cm, 击穿前的有效储能密度和储能效率分别为1.57 J/cm ³和55.74%。在125 ℃和外加电场为180 kV/cm下, NNCZ-0.02Fe的储能密度为4.53 J/cm ³。掺杂Fe₂O₃使NNCZ陶瓷的烧成温度降低, 氧空位的迁移速率下降, 抑制晶粒的长大, 同时降低了介电损耗, 使得击穿强度增加; 适量氧空位钉扎使得反铁电相向铁电相相翻转变得困难, 避免出现哑铃状双电滞回线, 从而提高储能效率。本研究结果表明NNCZ-xFe在电介质储能领域具有潜在应用价值。     

具有优异储能性能与充放电特性的类线性NaNbO3基无铅弛豫反铁电陶瓷

反铁电材料由于电场诱导的反铁电-铁电相变而在高性能介质储能电容器应用中显示出极大的潜力。然而,场致相变带来大的极化滞后使得反铁电材料难以同时获得高储能密度(Wrec)和高储能效率(η)。本工作通过在0.76NaNbO₃-0.24(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃中引入第三组元Bi(Mg_0.5Ti_0.5)O₃调控其弛豫特性,改善了NaNbO₃基无铅反铁电陶瓷的储能性能。采用传统固相合成法制备了(0.76–x)NaNbO₃-0.24(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-xBi(Mg_0.5Ti_0.5)O₃无铅弛豫反铁电陶瓷材料,并研究了该材料的相结构、微观形貌以及介电、储能和充放电特性。结果表明,引入Bi(Mg_0.5Ti_0.5)O...     

A位复合铁电陶瓷Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3-BiCrO3的介电弛豫

采用固相反应法制备了A位复合铁电陶瓷(1-x)Bi_0.5(Na_0.82K_0.18)_0.5TiO₃-xBiCrO₃(BNKT-BCx). 研究了该陶瓷在室温至500℃温度范围内的介电性能. 结果表明该陶瓷的介电温谱存在两个介电反常峰和一个介电损耗峰, 低温介电反常峰温度附近具有明显的介电常数频率依赖性, 但居里峰随频率增加基本不变, 与典型弛豫铁电体的特征不同. 将弛豫铁电体分为本征弛豫和非本征弛豫铁电体, 通过分析极化前和极化后陶瓷的介电温谱, 发现该体系低温介电反常峰温度附近的介电频率依赖性为空间电荷和缺陷偶极子极化引起的非本征弛豫.     

Sr、Nb掺杂(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷的介电性能研究

采用固相反应法制备Sr、Nb掺杂BNBT无铅压电陶瓷,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和介电谱仪表征了样品的晶体结构,表面形貌及介电性能,研究了陶瓷的相结构,微观形貌和介电响应。结果表明,BNBT陶瓷为单一的钙钛矿结构,而BNBT-3SN、BNBT-3SN-3Sr和BNBT-3SN-1Nb陶瓷除了主相钙钛矿结构,存在少量第二相。形貌结构显示出样品相对比较致密,晶粒尺寸分布均匀。SrNb₂O₆的引入使介电峰T_s向低温方向移动,增强弛豫相变程度从而提高了陶瓷基体的介电温度稳定性,BNBT-3SN陶瓷在40～406℃内表现出良好的温度稳定性。通过阻抗图谱分析可知,所有样品主要为晶界传导机制。而且研究表明Sr、Nb掺杂可通过对BNBT-3SN陶瓷氧空位浓度的作用,实现对电导率的调控。随着Sr²⁺的增加,样品的氧空位浓度增加,电导率增大;而Nb⁵⁺的增加,填充了氧空位导致氧空位浓度减小促使电导率降低。     

NaCu3Ti3Sb0.5Ta0.5O12陶瓷的高介电性质及相关机制的研究

在不同烧结温度下, 利用传统的固相反应工艺制备了一系列NaCu₃Ti₃Sb_0.5Ta_0.5O₁₂陶瓷, 系统测试了它们的晶体结构、微观结构、介电性质和复阻抗谱。结果显示, 所有的NaCu₃Ti₃Sb_0.5Ta_0.5O₁₂陶瓷的主相都呈现类钙钛矿结构, 介电性质随烧结温度变化很大。高于1020℃烧结的陶瓷的室温相对介电常数大于3000, 具有高介电性质。复阻抗谱显示, NaCu₃Ti₃Sb_0.5Ta_0.5O₁₂陶瓷的电学分布不均匀, 由绝缘性的晶界和半导性的晶界组成。通过XRD和XPS测试发现, 在陶瓷中观察到了CuO第二相和Cu、Ti、Sb、Ta离子的变价。因此, 利用内阻挡层电容效应可以解释NaCu₃Ti₃Sb_0.5Ta_0.5O₁₂陶瓷的高介电性质。     

微波可调BaSrZnSi2O7-Ba0.5Sr0.5TiO3复合陶瓷的结构与介电性能关系

采用传统电子陶瓷工艺制备出BaSrZnSi₂O₇-Ba_0.5Sr_0.5TiO₃复合陶瓷,系统研究了其相结构、微观结构和介电性能。研究表明：随着BaSrZnSi₂O₇的加入,样品的居里峰向低温方向移动;但BaSrZnSi₂O₇加入量达到一定程度后,居里峰在一定的温度下保持稳定。调制特性变化规律类似于居里峰的移动。品质因数（Q值）的变化主要取决于微波材料加入后的"掺杂"和"复合"效果。当BaSrZnSi₂O₇质量分数为60wt% 时,复合材料表现出良好的综合特性：介电可调率为 16%（10 kHz）,介电常数为152,Q值达到417（2.720 GHz）,表明BaSrZnSi₂O₇-Ba_0.5Sr_0.5TiO₃复合陶瓷是电可调微波器件很好的潜在应用材料。     

氧化镧掺杂铌酸钾钠陶瓷的电、光性能研究

铌酸钾钠(K_0.5Na_0.5NbO₃, KNN)基陶瓷具有充放电速度快、透明度高、应用温度范围宽、使用寿命长等优点, 在脉冲功率器件等领域具有广阔的应用前景。通过改性技术提高铌酸钾钠基陶瓷的电、光性能是该方向的研究热点。本研究采用固相法制备0.825(K_0.5Na_0.5)NbO₃-0.175Sr_1-3x/2La_x(Sc_0.5Nb_0.5)O₃(x=0, 0.1, 0.2, 0.3)陶瓷(简称0.825KNN- 0.175SLSN), 研究La₂O₃掺杂对其相结构、微观形貌、光学、介电、铁电及储能性能的影响。研究结果表明: 0.825KNN- 0.175SLSN陶瓷具有高对称性的伪立方相结构; 随着La₂O₃掺杂量增大, 陶瓷的平均晶粒尺寸减小, 相变温度(T_m)及饱和极化强度(P_max)增大, 达到峰值后下降。在x=0.3时, 该体系陶瓷表现出优异的透明性, 在可见光波长(780 nm)及近红外波长(1200 nm)范围内透过率分别达65.2%及71.5%, 同时实现了310 kV/cm的击穿场强和1.85 J/cm ³的可释放能量密度。     

Effect of CeO2 addition on structure and electrical properties of (Na0.5Bi0.5)0.93Ba0.07TiO3 ceramics prepared by citric method

(Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃ ceramics added with 0–0.8 wt.% CeO₂ were prepared by a citrate method, and the influence of the CeO₂ addition on the structure and electrical properties was investigated. The specimens containing various amounts of CeO₂ show the coexistence of rhombohedral and tetragonal phases, with the relative content of the tetragonal phases gradually enhancing with increasing amount of CeO₂. Compared with (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃, the specimen added with a small amount of CeO₂ (≤0.2 wt.%) display a slightly improved electromechanical coupling factor (k_p) and piezoelectric constant (d₃₃) in conjunction with a reduced dielectric loss (tg δ) and an enhanced mechanical quality factor (Q_m), while higher CeO₂ amounts led to a rapid deterioration of the piezoelectric and ferroelectric properties. The variation of the electrical properties with the CeO₂ addition was tentatively interpreted with respect to doping effect, crystal-structural evolution and stability of ferroelectric domains.     

BiYbO3固溶极限对BSPT压电陶瓷结构和电学性能的影响

采用传统固相反应法制备了yBiYbO₃-(0.36–y)BiScO₃-0.64PbTiO₃(BSYPT-0.64/y)体系压电陶瓷。X射线衍射显示BSYPT-0.64/y陶瓷体系为单一的钙钛矿结构; SEM测试结果显示当y=0.1时陶瓷表面形貌出现异常, 当y=0.14时有大量粒径为0.3~0.5 μm的细小晶粒析出在陶瓷的表面; EDS能谱分析发现细小晶粒主要成分为Bi、Yb、Ti、Sc和O, 表明BiYbO₃的含量超过10%时为BSYPT-0.64/y陶瓷体系的固溶极限区域; 通过BSYPT-0.64/y陶瓷的压电性能、铁电性能测试, 介温特性(T_c~450℃)结果分析发现当y>0.1时, BiYbO₃固溶极限析出是相对孤立的行为, 不是影响BSYPT-0.64/y的结构和电学性能的主要因素, 而其结构和电学性能的降低依赖于Sc/Pb相对含量比的降低导致组分对准同型相界的偏离。     

BaZrO3掺杂对(K0.49Na0.51)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3无铅压电陶瓷的结构与电性能的影响

采用固相反应法制备了(K_0.49Na_0.51)_0.98Li_0.02(Nb_0.77Ta_0.18Sb_0.05)O₃-xBaZrO₃ (NKNLST-xBZ, x = 0~0.020 mol)无铅压电陶瓷, 系统研究了BaZrO₃的掺杂量对陶瓷的压电、介电、机电和铁电性能的影响。结果表明: 随着BaZrO₃掺杂量x的增加, 陶瓷的晶体结构由正交相向四方相转变, 在x=0.005~0.008区间出现正交相与四方相两相共存的区域, 在此区域内陶瓷的晶粒变得细小且均匀, 介电损耗tanδ大幅降低, 压电常数d₃₃和平面机电耦合系数k_p增加。该体系陶瓷的介电常数ε T 33 /ε0则随着BaZrO₃的增加持续增加, 相变温度则向低温方向移动。当x=0.005时, 该组成陶瓷具有最佳的综合性能: 压电常数d33=372 pC/N, 平面机电耦合系数kp=47.2%, 介电损耗tanδ=3.1%, 以及较高的介电常数ε^T₃₃ /ε₀=1470和居里温度T_c=208℃。     

Dielectric properties of Ba0.6Sr0.4TiO3-Sr(Ga0.5Ta0.5)O3 solid solutions

Ba_0.6Sr_0.4TiO₃-Sr(Ga_0.5Ta,sub>0.5)O₃ solid solutions are prepared by a solid-state reaction method, and their dielectric and tunable characteristics are investigated. The solid solutions with cubic perovskite structures are obtained for compositions of 10-50 mol% Sr(Ga_0.5Ta_0.5)O₃. It is observed that the addition of Sr(Ga_0.5Ta_0.5)O₃ into Ba_0.6Sr,sub>0.4TiO₃ causes a shift in the phase transition peak to a lower temperature. Ba_0.6Sr_0.4TiO₃-Sr(Ga_0.5Ta,sub>0.5)O₃ solid solutions exhibit depressed and broadened phase transition peaks, resulting in decreased dielectric constants and dielectric losses at room temperature. With the increase of Sr(Ga_0.5Ta_0.5)O₃ content, the dielectric constant, loss tangent, and tunability are decreased. 0.9Ba_0.6Sr_0.4TiO₃-0.1Sr(Ga_0.5Ta,sub>0.5)O₃ has a dielectric constant ϵ = 534 and a tunability of 16% at 100 kHz under 2.63 kV/mm. The dielectric characteristics of Ba_0.6Sr_0.4TiO₃-Sr(Ga_0.5Ta,sub>0.5)O₃ ceramics at microwave frequencies are also evaluated.     

Preparation and characterization of yBiGaO/sub 3/-(1-x-y)BiScOs/sub 3-x/PbTiO/sub 3/ piezoelectric ceramics

The ternary system of j/BiGaO₃-(1-x-y) BiScO₃-xPbTiO₃ (BGS-PT) ceramics was prepared by using conventional mixing oxide processing. X-ray diffraction analysis revealed that the BGS-PT ceramics showed the perovskite structure. The Curie temperature (T_C) of BGS-PT ceramics was found to increase with increasing BiGaO₃ content. However, a larger BiGaO₃ content led to sharply decreased piezoelectric properties, and the secondary phase was formed in the BGS-PT system. BGS-PT ceramics with x = 0.56, y = 0.19 showed a high Curie temperature T_C and a large piezoelectric constant d₃₃ of 501degC and 152 pC/N, respectively. The high T_C of BGS-PT ceramics with usable piezoelectric properties suggests future high-temperature applications.     

PrBi4Fe0.5Co0.5Ti3O15多铁陶瓷的性能研究

采用传统固相反应法与两步合成法制备了PrBi₄Fe_0.5Co_0.5Ti₃O₁₅陶瓷, 研究了Pr与Co共掺杂对Bi₅FeTi₃O₁₅陶瓷的结构、磁性能以及介电性能的影响。X射线衍射分析显示, 传统固相反应法制备的样品比两步法制备的样品更容易形成单相结构。铁电和磁性测量证明样品具有多铁性, 并且Pr与Co共掺杂能大幅提高材料的磁性能, 固相反应法与两步合成法制备的样品在室温下的剩余磁化强度(2M_r)分别为0.315, 0.576 Am²/kg, 比文献报道的Bi₅FeTi₃O₁₅陶瓷的2M_r ( 2.7 Am²/kg ) 高5个数量级, 比掺Co的Bi₅Fe_0.5Co_0.5Ti₃O₁₅陶瓷2M_r ( 7.8×10^-3 Am²/kg ) 高2个数量级。