NBT-KBT-xLN系陶瓷的介电与铁电性能研究

采用传统电子陶瓷工艺制备了(1-x)(0.88Na0.5Bi0.5TiO3-0.12K0.5Bi0.5TiO3)-xLiNbO3(简写为NBT-KBT-xLN)无铅压电陶瓷体系,研究了该陶瓷体系的相结构、显微结构、铁电及介电性能.结果表明:在材料组成范围内(0.02≤x≤0.08),系列试样均形成了稳定的三方相钙钛矿结构;随着LiNbO3含量的增加,系列试样的矫顽场从4.41 kV/mm显著下降至1.51 kV/mm;LiNbO3的引入对材料的介电性能作用明显,随着LiNbO3含量的增加,系列试样的铁电-反铁电相变峰明显向低温方向移动,而反铁电-顺电相变峰则表现为明显的压峰效应.     

Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3-BiFeO3 无铅压电陶瓷的介电特性

采用固相反应法制备了系列(1-x)Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3-xBiFeO3(BNKT-BFx)陶瓷.研究了该陶瓷在室温至500 ℃范围内的介电性能.结果表明:该陶瓷的介电温谱与典型弛豫铁电体的特征不同,存在两个介电反常峰和一个介电损耗峰,只在低温介电反常峰温度附近具有明显的介电常数的频率依赖性,居里温度随频率增加基本不变.首次提出了弛豫铁电体分为本征弛豫和非本征弛豫铁电体的理论.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.     

(Na1/2Bi1/2)TiO3-(Na1/2Bi1/2)(Zn1/3Nb2/3)O3无铅压电陶瓷的介电特性研究

采用固相合成法制备了(1-x)(Na1/2Bi1/2)TiO3-x(Na1/2Bi1/2)(Zn/23Nb2/3)O3(简写为(1-x)NBT-xNBZN)无铅压电陶瓷.研究了该体系陶瓷晶体结构、弥散相变特征与介电弛豫行为.X射线衍射分析表明,所研究的组成均能够形成纯钙钛矿(ABO3)型固溶体.当x≥0.5%摩尔分数时,该体系陶瓷具有三方、四方共存的晶体结构.材料的介电常数-温度曲线显示陶瓷具有两个介电反常峰Tf和Tm.修正的居里-外斯公式较好的描述了陶瓷弥散相变特征,弥散指数随x的增加而增加.x≤0.5%摩尔分数的陶瓷仅在低温介电反常峰Tf附近表现出明显的频率依赖性,随x的增加,陶瓷材料在室温和低温介电反常峰Tf之间都表现出明显的频率依赖性.根据有序-无序转变和宏畴.微畴转变理论探讨了该体系陶瓷介电弛豫特性的机理.     

Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3无铅陶瓷介电性能研究

采用固相反应法制备了(1-x)Na0.5Bi0.5TiO3-K0.5Na0.5NbO3体系陶瓷,研究了KNN含量对Na0.5Bi0.5TiO3-xK0.5Na0.5NbO3陶瓷的晶体结构、显微结构和介电性能的影响。XRD分析结果表明,KNN进入NBT形成固溶体,该体系陶瓷均为钙钛矿结构。扫描电镜分析显示KNN的引入有利于细化晶粒,提高陶瓷致密度。测试了样品在不同频率(1 kHz,10 kHz,100 kHz,1 MHz)下的的介电温谱(室温~500℃),结果表明随着KNN含量的增加,介电峰逐渐变宽,弛豫性逐渐增强,铁电-反铁电相变温度Td和反铁电-顺电相变Tm都明显降低,当x≥0.25时,Td降至室温或更低;室温(1 kHz)下,KNN和NBT相对介电常数分别为675和575,而KNN和NBT形成的固溶体介电常数明显增大,当x=0.25时,达到最大值εr=1653。在NBT中掺入KNN得到了介电峰明显宽化、在较宽温度范围内具有低电容温度系数的致密弛豫铁电体。     

不同离子掺杂的钛酸铋钠基陶瓷结构与性能表征

采用传统固相反应法制备了0.94(Na0.5 Bi0.) TiO3-0.06BaTiO3-3wt; Bi2 O3-xwt; Nd2O3(x=0,1.5)陶瓷.研究了Bi3+和Nd3+掺杂对0.94 (Na0.5 Bi05)TiO3-0.06BaTiO3陶瓷结构和电学性能的影响.结果表明,Bi2O3和Nd2O3掺杂不影响0.94(Na0.5 Bi0.5) TiO3-0.06BaTiO3的钙钛矿结构.3wt; Bi2O3添加使得铁电陶瓷0.94(Na0.5Bi05) TiO3-0.06BaTiO3转变为反铁电陶瓷.反铁电陶瓷0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.06BaTiO3-3wt; Bi2O3具有更高的相转变温度Tm(～320℃).Nd2O3添加不改变0.94(Na0.5 Bi0.5) TiO3-0.06BaTiO3-3wt; Bi2O3陶瓷的反铁电态,但增强了陶瓷的介电性能和弛豫性能.     

三元铁电单晶Pb(Yb1/2Nb1/2)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3生长及性能表征

采用高温助熔剂法首次成功生长出了Pb(Yb1/2Nb1/2) O3-Pb(Zn1/3Nb2/3) O3-PbTiO3 (PYZNT)三元铁电单晶,并对晶体组分、介电、铁电和压电性能进行了研究.结果表明,晶体为纯三方钙钛矿相,实际组分为0.68PYN-0.22PZN-0.1PT.分别对晶体的介电,铁电和压电性能进行研究.介电常数ε'和介电损耗tanδ对温度和频率表现出典型的弛豫行为.晶体的居里温度TC为80℃.由于反铁电体PYN含量较高,晶体具有非常大的矫顽场,在100kV/cm的外电场条件下极化还不能反转,因而无法得到饱和的电滞回线.在未极化条件下,测得晶体的压电常数d33为78 pC/N.     

0．94Na1／2Bi1／2TiO3—0．06BaTiO3无铅压电单晶的生长及电学性能研究

采用坩埚下降法成功生长出尺寸达φ15 mm×50 mm的0.94Na1/2Bi1/2TiO3-0.06BaTiO3(NBBT94/6)无铅压电单晶.利用X射线荧光沿纵向对晶体棒成分分析表明:Na 、Bi3 、Ti4 离子的含量沿纵向波动较小,而Ba2 离子的含量却波动较大.XRD结构分析表明,晶体棒的中、下部分属于三方相钙钛矿结构,而上部转变为四方相钙钛矿结构.详细研究晶体棒中部0.952Na1/2Bi1/2TiO3-0.048BaTiO3(NBBT95.2/4.8)的介电及压电行为表明:非自发极化方向[001]、[110]样品的退极化温度Td分别为200℃和150℃,具有明显的结晶学方向依赖性,且在Td附近表现出典型的介电弛豫行为;在3～5 kV/mm电压极化下,[001]、[110]方向样品的最大压电系数d33分别为165 pC/N、110 pC/N,机电耦合系数kt分别为49.8%、45.0%.     

钛酸铅钡铁电薄膜的光学性能研究

采用溶胶-凝胶工艺在石英衬底上制备了Pb1-xBaxTiO3(BPT,x=0～1)铁电薄膜.利用X-射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和拉曼光谱(Raman)对薄膜的相变特性、晶粒尺寸、结构和表面形貌进行了表征.结果表明,在750 ℃的退火温度下,所有的样品都已经完全晶化为多晶钙钛矿结构,薄膜表面均匀致密.在x=0.4时,薄膜由铁电四方相结构转化为顺电立方相结构.采用紫外-可见分光光度计在200～1000 nm波长范围内测试薄膜样品的光学透过率,并通过透射光谱计算了薄膜的光学带隙以及折射率和消光系数的色散关系.     

BiMnO_3改性BNT-BKT压电陶瓷的研究

为了提高BNT基压电陶瓷的电性能,采用传统的陶瓷制备方法,制备了一种Bi基的钙钛矿型无铅压电陶瓷 (1-x)Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)TiO_3-xBiMnO_3 (简写为BNKT-BMx).研究了Bi基铁电体BiMnO_3对该体系陶瓷微观结构和压电介电性能的影响.结果表明:在所研究的组成范围内陶瓷材料均能够形成纯钙钛矿固溶体,微量BiMnO_3不改变该体系陶瓷的晶体结构,但促进晶粒生长.随着BiMnO_3含量增加,低温介电反常峰消失,高温介电峰出现频率分散性.随BiMnO_3含量增加,压电常数d_(33)和机电耦合系数k_p先增加后降低,在x=0.01时,k_p=0.333,x=0.015时,d_(33)=170 pC/N,为该体系陶瓷压电性能的最优值.     

A位复合铁电陶瓷BNT-BKT-BiCoO3的介电特性

采用传统陶瓷制备工艺,制备了一种A位复合铁电陶瓷(1-x-y)BNT-xBKT-yBiCoO3,并研究了该体系陶瓷的介电性能与成分的关系以及介电性能随频率的变化规律.结果表明:所研究的组成极化后的介电常数低于极化前.极化前的介电常数和介电损耗随BiCoO3含量的增加而下降,极化前和极化后的介电常数和介电损耗都随BKT含量的增加而增加.介电常数随频率增加而降低,但降低趋势随频率增加而减慢.随BiCoO3含量的增加,在低频陶瓷介电损耗随频率的增加先降低后增加.     

(Sr0.7Bi0.2)TiO3取代BNT基无铅陶瓷的相变及储能特性

采用弛豫铁电体(Sr0.7Bi0.2)TiO3与铁电体(Bi0.5Na0.5)TiO3构建了的新型二元系BNT基无铅陶瓷材料:(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-x(Sr0.7Bi0.2)TiO3(记为BNT-xSBT,x=10mol;、20mol;、30mol;和40mol;).通过传统固相法进行制备,研究了(Sr0.7 Bi0.2)TiO3取代对其结构、相变、铁电性能和储能特性的影响.结果表明,室温所测BNT-xSBT陶瓷为准立方结构;介温和铁电性则证实其为极性三方和非极性四方共存相结构.A位复合占位的BNT-xSBT陶瓷是典型的弛豫铁电体,其Tm随x的增大而减小.低温(Td)处的介电反常源于结构(三方和四方)起伏所引起的缓慢转变过程.(Sr0.7 Bi0.2)TiO3取代量增大时,其Td降低,四方相增多,并伴随非极性微区增长;并导致BNT-xSBT陶瓷的铁电性减弱和电滞回线变形.x=30mol;时,BNT-xSBT陶瓷具有大的Pmax=26.8μC/cm2、小的Pr=1.4μC/cm2,和较好的储能特性:W=0.74 J/cm3,η=68.5;(@70 kV/cm).     

Na0.5Bi0.5TiO3-K0.5Bi0.5TiO3-BaMnO3无铅压电陶瓷的结构与电性能

采用固相法制备了(0.8 -x)Na0.5 Bi0.5TiO3 -0.2K0.5Bi0.5TiO3-xBaMnO3(简称NBT-KBT-BM)无铅压电陶瓷,研究了不同BM含量(x=0,0.25％,0.50％,0.75％,1.00％,1.25％,物质的量分数)样品的物相组成、显微结构及电性能.结果表明:所制备的NBT-KBT-BM陶瓷样品均为单一的钙钛矿结构.与纯NBT-KBT陶瓷相比,掺BM陶瓷的烧结温度降低,相对密度ρr得到提高.随x的增加,材料的压电常数d33、平面机电耦合系数kp与机械品质因子Qm先增大后减小,而介电损耗tanδ以及退极化温度Td一直降低.BM的掺入降低了材料的矫顽场Ec,提高了剩余极化强度Pr,从而增强了铁电性.当x=0.75％时,陶瓷获得最佳性能:d33=167 pC/N,kp=0.269,Qm=133,εr=774,tanδ=2.93％.     

烧结升温速率对钛酸钡陶瓷压电性能的影响

采用固相反应方法在不同烧结升温速率下制备了BaTiO3陶瓷,并对陶瓷样品的晶体结构、表面形貌、介电、压电和铁电性能进行了测试和分析.结果表明:当烧结升温速率为3 ℃/min和5 ℃/min时陶瓷均为四方钙钛矿晶格结构,随升温速率的增大,四方相程度增强,材料平均晶粒尺寸减小,压电系数和铁电性能随之降低,但介电常数随之增大,当烧结升温速率为5 ℃/min介电常数最大,其值为3144.当烧结升温速率为1 ℃/min时陶瓷为正交钙钛矿晶格结构d33和Pr最大,其值为Pr=10 μC/cm2和d33=193 pC/N.     

Study on the ferroelectric phase transition in potassium lithium niobate (KLN)

The ferroelectric phase of potassium lithium niobate K₃Li_2–xNb_5+xO_15+2x (KLN) in the range of 0.15 < x < 0.5 is a very promising material for the second harmonic generation (SHG) in the blue visible region (∼410 nm). The ferroelectric phase transition was shown to occur between 400 and 500°C depending on the composition of the KLN phase. In this study several analysis techniques were used to investigate the phase transition on ferroelectric (x = 0.3) KLN samples. The temperature‐dependent measurements of the relative dielectric constant ε₃₃ provided a phase transition temperature of about 470°C. In our DTA experiments, a small but reproducible thermal effect at the phase transition in KLN was indicated. The temperature‐dependent birefringence measurement technique, applied the first time on KLN, shows a second order behaviour at a temperature of 467 °C. However, this phase transition is accompanied by a small thermal effect. The DSC analysis for the other KLN composition (x = 0.5) provided a phase transition temperature of 514 °C. The appearance of a phase transition in the paraelectric KLN phase (Nb content higher than 55 mol%) was also studied. (© 2006 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Nb2O5/Co2O3加入量对(Ba,Sr)TiO3基电容器陶瓷介电性能的影响

研究了Nb2O5/Co2O3加入量[质量分数,Nb/Co(摩尔比)=0.8]不同对(Ba,Sr)TiO3(Barium strontiumtitanate,BST)铁电电容器陶瓷介电性能的影响,得到不同Nb2O5/Co2O3加入量与BST陶瓷性能的关系。借助扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究不同Nb2O5/Co2O3加入量对BST陶瓷显微结构和物相的影响,探讨了Nb2O5/Co2O3加入量对BST陶瓷性能影响机理。结果表明:当Nb2O5/Co2O3加入量为1.0%时,可得到满足Y5V特性、介电常数为3934、介质损耗为2.6%综合性能好的BST陶瓷。Nb2O5/Co2O3加入量对BST陶瓷性能的影响是通过细晶化、压抑展宽居里峰、改善介电常数温度特性、减少介电常数、形成杂相、形成“晶核-晶壳”结构等进行。     

Induced growth of Pb0.97La0.02(Zr0.66Sn0.27Ti0.07)O3 antiferroelectric single crystals with a platinum wire

Relaxor antiferroelectric (Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O₃ (PLZST) with the composition near the morphotropic phase boundary shows excellent electrical properties. However, the crystal growth of PLZST is limited by the incongruent melting of the materials. Crystal growth of PLZST was induced by a platinum wire in the flux solution with 50 wt% PbO‐PbF₂‐B₂O₃ as a solvent. The obtained PLZST single crystals are optical transparent with light yellow color. The size of the crystals in regular rectangular shape varies from 0.5 mm to 1 mm. The PLZST single crystals exhibit tetragonal phase structure. The element contents of the crystals were measured by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. The results show that the composition of as‐grown crystals is a little bit deviated from the starting composition. The single crystals show two dielectric peaks at 115 °C and 182 °C, corresponding to antiferroelectric‐ferroelectric and ferroelectric‐paraelectric phase transitions. The dielectric data of as‐grown crystals indicate there is typical relaxor behavior near 182 °C. The value of relaxor factor n is 1.49642.     

溶胶-凝胶法制备Na0.5Bi0.5TiO3-K0.5Bi0.5TiO3体系无铅压电陶瓷的研究

采用溶胶-凝胶法制备(1-x)Na0.5Bi0.5 TiO3-xK0.5Bi0.5TiO3体系无铅压电陶瓷.XRD分析表明,用溶胶-凝胶法可以在650℃下合成具有钙钛矿结构的(1-x)Na0.5Bi0.5TiO3-xK0.5Bi0.5TiO3粉体,且在x=0.18～0.30之间存在三方-四方准同型相界(MPB).陶瓷的压电性能参数表明,该体系在MPB组成范围内具有最佳的压电性能:x=0.30时,压电常数d33达到最大值(d33=150 Pc·N-1),平面机电耦合系数kp与介电常数εH33T/ε0均在x=0.26时达到最大值,分别为36.7;和1107.     

Dielectric characteristics of Ce3+ doped Sr0.61Ba0.39Nb2O6 with Cole‐Cole plots technique

In this paper, we have investigated two‐relaxator mechanism and dielectric characteristics of Ce³⁺ doped Sr_0.61Ba_0.39Nb₂O₆ with dielectric spectroscopy measurements. The crystal undergoes a ferroelectric phase transition at 340 K. The temperature dependence of the real and imaginer part of the complex dielectric susceptibility in vicinity of ferroelectric‐paraelectric phase transition has been studied in the frequency region 0.1 kHz–10 MHz. The measurements of the dielectric constant of the real and imaginer parts show strongly frequency dependence. The investigations of the dielectric constant revealed a non‐Debye type dielectric relaxation for Ce⁺³ doped SBN61 by using Cole‐Cole plots. It reveals the coexistence of the two dielectric relaxators in vicinity of the phase transition. (© 2004 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

(111)取向0.7PMN-0.3PT薄膜机电耦合性能

铁电薄膜由于其优异物理性能,而被广泛应用于微电子、光电子、微机电领域。在铁电薄膜理论研究方面,热力学理论可以有效地预测铁电薄膜的相结构、极化特性和机电性能等,且已在(001)取向铁电薄膜的研究中取得了较好的应用,而对于(111)取向铁电薄膜的研究报道非常少。因此,本文通过对序参量坐标转换的方法,构建了(111)取向薄膜的热力学势能函数及其机电性能计算方法。基于此,研究了(111)取向0.7PMN-0.3PT铁电薄膜的相结构及其机电性能。研究结果表明,(111)取向0.7PMN-0.3PT铁电薄膜的相结构主要存在沿晶轴方向三个极化可互换的对称相:顺电相PE、菱方相R和单斜相M_A(或M_B)。在应变和外电场的调控下,(111)取向0.7PMN-0.3PT薄膜展现出优良的机电性能,在R和M_A相变点处,介电常数ε11、ε22、ε33和面外压电系数d33取得了极大值。在外电场E₃分别为0、50 kV/cm、100 kV/cm和200 kV/cm时,面外介电常数ε33的峰值分别为4 382、2 646、2 102和1 600,面外压电系数d33的峰值分别为303.8 pm/V、241.9 pm/V、219.7 pm/V和195.1 pm/V。应变和外电场能够较好地调控薄膜的机电耦合性能,可为优异机电耦合性能的器件制备提供参考。