无铅压电陶瓷研究进展

无铅压电陶瓷的研究和开发是当前压电铁电材料领域的研究热点之一.综述了Bi0.5Na0.5TiO3基、K1-xNaxNbO3基、铋层状结构、钨青铜结构及BaTiO3基5类无铅压电陶瓷的研究进展,分析和评价了陶瓷体系、改性方法、制备工艺及陶瓷的压电铁电性能,重点讨论了Bi0.5Na0.5TiO3基与K1-xNaxNbO3基无铅压电陶瓷的体系构建、相变特性及电学性能的温度稳定性等关键科学和技术问题,并就无铅压电陶瓷今后的研究开发提出了几点建议.     

无铅压电陶瓷的制备与性质

基于对人类环境的保护和发展环境友好材料与电子产品的要求,近年来开展了无铅压电陶瓷的研究与开发.文中在目前无铅压电陶瓷研究的基础上,进行了Ta、Li固溶改性铌酸钾钠无铅压电陶瓷(LNKNT)的制备和性质的研究.根据XRD分析,当Ta组分(x)为10%～20%时,LNKNT陶瓷室温相为单斜晶系钙钛矿相;当x=17%和20%时,形成完全固溶体,在单斜晶相-四方晶相相变温度附近出现单斜晶相与四方晶相共存的情形.文中还讨论了Ta组分对材料介电常数温度特性、压电性质的影响.当x=17%时,LNKNT陶瓷的压电常数、平面机电耦合系数和介电常数分别为235pC/N、0.49和1293.5.该陶瓷材料已经达到工业应用的要求,目前已被尝试应用于制造压电蜂鸣器.     

BNBKT系无铅压电陶瓷的组成设计与性能研究

文章运用准同型相界线性叠加原理,设计了无铅压电陶瓷三元体系(1-x)(0.968Bi0.5Na0.5TiO3-0.032BaTiO3)-xBi0.5K0.5TiO3(简称BNBKT100x),采用传统压电陶瓷固相合成法制备BNBKT100x样品,XRD结果表明,所制备的陶瓷样品为纯的钙钛矿相,其准同型相界在0.08x0.10范围内;详细研究了BNBKT100x样品在准同型相界附近的介电、压电性能和介电弛豫特性。BNBKT100x三元体系无铅压电陶瓷在整个实验组分范围内均为弛豫铁电体,最好的电性能出现在准同型相界附近的组成BNBKT9,其介电和压电性能参数为d33=162 pC/N,kp=31%,3Tε3=2 080,tanδ=4%,Qm=119。     

压电陶瓷电性能老化问题的研究

压电陶瓷的电性能老化问题对对压电陶瓷的理论研究和应用都具有重要的意义,这篇论文阐述了压电陶瓷的老化机理,研究了影响老化的因素和温度、压力、电场和生产工艺,提出了防止电性能老化、改善制品质量的措施。     

KNN基无铅压电陶瓷的研究进展

KNN基无铅压电陶瓷由于具有优越的电学性能和较高的居里温度而成为最重要的无铅压电材料之一.本文主要综述近期国内外有关铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备新技术,以及在掺杂改性方面的研究进展,并展望了其发展趋势.     

Li部分取代K对KNN基无铅压电陶瓷微结构、晶相和电学性能的影响

研究Li部分取代K对铌酸钾钠(KNN)无铅压电陶瓷性能的影响,选用(Na0.5K0.5-xLix)Nb O3(NKLxN)的配方,通过固相法制备出优良性能的陶瓷样品;运用XRD、SEM研究不同Li含量陶瓷样品的相结构及显微组织;通过压电介电性能测试,确定Li取代K的最佳含量.结果表明,当Li的含量x=0.065时,其d33=205p C/N,kp=46.1%,εr=998,tanδ=0.047,TD=485℃.该NKLxN陶瓷性能优良,在高温压电陶瓷传感器、换能器等方面可能取代铅基压电陶瓷.     

铋层状无铅压电陶瓷的研究进展

铋层状结构无铅压电陶瓷因其居里温度高、介电常数低等特征受到广泛研究,其适合应用于高温、高频领域.本文介绍了铋层状压电材料的结构特点和分类,综述了近期国内外有关铋层状无铅压电陶瓷在制备技术和掺杂改性方面的研究进展.     

压电陶瓷非线性特性研究

将迈克尔逊干涉仪的可移动平面镜改装为带有压电陶瓷的平面镜,改变压电陶瓷的驱动电压,压电陶瓷就会发生微小形变,迈克尔逊干涉仪两臂的光程差发生改变,导致干涉图样变化。运用MATLAB软件对实验数据进行模拟,验证了电陶瓷的非线性特性。本实验操作简单,可实用性强。     

YMnO3掺杂四元系PZT-PFW-PMN压电陶瓷电性能的研究

用传统固相法制备了PbZrO3-PbTiO3-Pb(Fe2/3W1/3)O3-Pb(Mn1/3Nb2/3)O3(简称PZT-PFW-PMN)四元系压电陶瓷,通过预先合成的方法制备了YMnO3,并研究了不同含量的YMnO3对PZT-PFW-PMN陶瓷的烧结温度、压电性能、介电性能的影响,对其阻抗频谱图进行了分析.结果表明,当YMnO3的含量为0.30%时,不仅使四元系PZT-PFW-PMN的烧结温度从1 200℃降至1 020℃,而且使其具有高的压电综合性能;其电性能参数如下:d33=341 pC/N,Kp=0.574,Qm=139 3,tanδ=0.005 3,Tc=304℃,ρ=5.23×1 010Ωm,该材料可用作大功率多层压电陶瓷器件的候选材料.     

准同型相界处BNBT无铅压电陶瓷的研究

探索了准同型相界处BNT—BT（简称BNBT）二元体系无铅压电陶瓷的制备工艺及制备条件。采用XRD、SEM等测试技术,分析了制备工艺和制备条件对准同型相界处BNBT压电陶瓷晶体的微观结构、压电性能、介电性能等的影响,从而确定出最佳的制备工艺和制备条件。利用谐振-反谐振法得出最佳制备条件下制备的BNBT无铅压电陶瓷的介电性、压电性分别为：d33=120pC／N,εr=626,kp=20．34％,Qm=205．34。     

复合稀土La和Sc掺杂氧化锌压敏瓷的显微组织和电性能

采用复合稀土Sc2O3和La2O3掺杂制备氧化锌压敏瓷,通过扫描电镜和X线衍射对其显微组织和相成分进行分析,探讨复合稀土Sc2O3和La2O3掺杂对氧化锌压敏瓷电性能和显微组织的影响机理.研究结果表明:复合稀土掺杂可提高压敏瓷的综合性能,复合稀土掺杂对压敏瓷电性能的影响规律仍遵循单一稀土掺杂对压敏瓷电性能的影响规律;Sc2O3和La2O3复合稀土掺杂ZnO-Bi2O3压敏瓷,在相同的Sc2O3掺杂比例下,随La2O3掺杂量的增加,电位梯度增加;在相同的La2O3掺杂比例下,随Sc2O3掺杂量的增加,非线性系数增加;当掺杂0.12%(摩尔分数)Sc2O3,0.12% La2O3时,复合稀土掺杂氧化锌压敏瓷的电性能达到最优,电位梯度为325 V/mm,非线性系数为34.8,漏电流为0.19 μA.     

Microstructure and electrical conductivity of 10% Yb-doped SrCeO3 ceramics

As a candidate material for hydrogen separation, Yb-doped SrCeO₃ has attracted increasing attention in recent decades. In the present study, Yb-doped SrCe_0.9Yb_0.1O_3-α ceramics were prepared by the dry pressing and sintering approach, with the microstructure evolution and the micro morphology investigated. It was indicated that the ceramics sintered in air were of a pure perovskite structure, and that the sintering temperature had a significant effect on the growth of ceramic grains. The average grain size increased from 1 ​μm to 10 ​μm with an increase in sintering temperature from 1300 to 1500 ​°C. Further investigation of the thermodynamics and kinetics of grain growth revealed that the grain boundary diffusion was the main driving force of grain growth during solid phase sintering, with a grain growth index of 4 and an activation energy of approximately 61.23 ​kJ ​mol⁻¹. These results illustrate an obvious tendency of grain size growth. By electrochemical workstation with different atmospheres the effects of sintering temperature on the conductivity were characterized in the temperature range of 700–900 ​°C. The electrical conductivities σ of SrCe_0.9Yb_0.1O_3-α ceramics in different atmospheres were as follows: σ(wet hydrogen) ​> ​σ(dry hydrogen) ​> ​σ(dry air) ​> ​σ(wet air). In the test atmosphere containing water and hydrogen the conductivity of protons increased with increasing temperature because of the protons jump between lattices in the form of interstitial hydrogen ions or bare protons.     

掺杂Nd2O3和Sm2O3氧化锌压敏陶瓷的显微组织与电性能

采用传统固相法制备掺杂Nd2O3和Sm2O3氧化锌压敏陶瓷.采用X线衍射、扫描电镜和压敏电阻直流参数仪对其相组成、显微组织和电性能进行研究.研究结果表明:复合稀土掺杂有利于提高压敏陶瓷的综合电性能.掺杂Nd2O3和Sm2O3氧化锌压敏陶瓷,在固定Nd2O3含量时,随Sm2O3掺杂量增加,样品的平均晶粒尺寸从5.32μm减小到2.91 μm,电位梯度从389.3 V/mm增加到959 V/mm,非线性系数呈先降后升的变化,漏电流密度在0.44～8.66 μA/cm2之间变化.掺杂(摩尔分数)0.25％ Nd2O3和0.50％Sm2O3氧化锌压敏陶瓷的电性能最优,电位梯度为959 V/mm,非线性系数为36.7,漏电流为2.25μA/cm2.制备的压敏陶瓷有望用于高电位梯度避雷器.     

Nd掺杂BiFeO3多铁陶瓷的磁电性能

采用快速液相烧结工艺制备出Bi1-xNdxFeO3(BNFO-x,x=0.00～0.20)多铁陶瓷样品,研究了掺杂对BiFeO3微观结构和铁电、磁电及介电性能的影响.X射线衍射谱显示样品BiFeO3的相均已形成,且在掺杂量x=0.10附近出现结构相变.掺杂后样品的剩余磁化(2Mr)和剩余极化(2Pr)都有一定程度的提高,以铁电性能改善最为明显.当掺杂量x=0.10时,样品的耐压性能最好,可观察到完全饱和的电滞回线,且剩余极化达到最大值, 2Pr=0.494 C·m-2,比未掺杂时提高了117.6%. 随着Nd的掺杂,样品介电常数随温度变化的关系曲线在尼尔温度之前179℃附近多出一个介电峰,但是在BiFeO3样品中并未发现该介电峰.     

LaCr1-xMnxO3系陶瓷材料导电性能研究

研究了掺Mn对LaCrO3材料晶体结构和导电性能的影响及Mn离子的作用机制，实验发现：①LaCr1-xMnxO3（0≤x≤1）为正交钙钛矿结构，且随Mn含量的增多，材料晶格面间距逐渐增大，②LaCr1-xMnxO3固溶体在x＝0．1时电阻率异常增高3个数量级，且随x的增大，电阻率逐渐下降，应用缺陷化学理论对LaCrO3中掺Mn的电荷补偿过程进行了分析，揭示了过渡金属Mn对LaCrO3固溶体导电性能的作用机制。     

CeO2掺杂(Bi0.94Na0.89Li0.05)0.5Ba0.06TiO3压电陶瓷的微观结构与电性能

采用传统陶瓷工艺合成了CeO2掺杂(Bi0.94Na0.89Li0.05)0.5Ba0.06TiO3 (缩写为 BNBT6-0.05L)无铅压电陶瓷.研究了CeO2掺杂量(质量百分比为0~1.0%)对BNBT6-0.05L陶瓷相结构、体密度、微观结构及压电与介电性能的影响.XRD表明,CeO2扩散进入了BNBT6-0.05L陶瓷晶格内形成了纯的钙钛矿相.SEM表明,少量的CeO2掺杂,改变了陶瓷的微观结构.介电温谱表明,随着CeO2掺杂量的增加,铁电相向反铁电相转变温度(Td)降低. 室温下,CeO2掺杂量为0.2%时,BNBT6-0.05L陶瓷样品有很好的性能:体密度为5.901 g/cm3,压电常数为142 pC/N,平面机电藕合系数为31.3%, 相对介电常数为860, 介电损耗为0.02     

Sol-Gel法制备Al掺杂ZnO薄膜的微结构及电学特性

采用溶胶-凝胶法在Si(100)衬底上制备了不同浓度Al掺杂的ZnO(AZO)薄膜。XRD研究表明Al掺杂对薄膜的结晶产生明显的影响。用四探针法测量其电阻特性,表明在1 mol%Al掺杂,600℃下退火,其电阻率最低。     

改性剂Sb对BaTiO3基PTCR陶瓷电学性能的影响

以溶胶－凝胶一步法合成了含有改性剂Sb的BaTiO3基正温度系数电阻（positive temperature coefficient of resistivity,PTCR)陶瓷,着重讨论了改性剂Sb掺杂量的变化对PTCR陶瓷电学性能的影响。结果表明,随改性剂含量的增加,材料的室温电阻率（ρ室）、电阻－温度系数（α）、耐电压强度（VB.max)均呈现“W”形变化。