K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)-x LiNbO_(3)陶瓷的相转变与压电性能温度稳定性研究

采用常规陶瓷工艺制备了K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)-x LiNbO_(3)(KNN-x LN)基无铅压电陶瓷。采用介电温度谱结合XRD系统研究了铌酸锂(LN)掺杂对KNN陶瓷相结构与压电性能温度稳定性的影响规律与机制。结果表明,LN在KNN陶瓷中的固溶度范围内(约小于10%(摩尔分数)),LN掺杂具有同时提升KNN陶瓷的T_(C)与降低陶瓷T_(O-T)的效应。当LN的掺杂量(摩尔分数)为6%时,可使陶瓷的T_(O-T)下移至室温,此时陶瓷为正交相与四方相两相共存,陶瓷的压电性能得到极大增强。T_(C)的提升增强了陶瓷的压电性能温度稳定性,当LN的掺杂量(摩尔分数)x~8%,T_(C)增加至479℃,此组分陶瓷的压电性能经470℃热处理后仍保持在室温时的71%,表现出良好的温度稳定性。当LN超过固溶度后,部分LN倾向于与K元素生成第二相,未反应的LN因其强热释电效应导致陶瓷的d 33呈现出随热处理温度升高而增强的伪增强趋势。

微波辅助sol-gel法合成Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_(3)粉体及其压电性能研究

采用微波辅助溶胶-凝胶(sol-gel)法制备Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_(3)(BNT)粉体,通过DSC/TG,XRD,SEM,FT-IR等表征方法,分析BNT的反应历程,煅烧温度对BNT成分、晶粒尺寸和压电性能的影响.结果表明,当微波煅烧温度为650℃时,可合成出高纯度BNT粉体(30~120 nm),其居里温度为394℃,d_(33)=7.5 pC/N,ε_(r)=535.58,tanδ=0.29.对比传统马弗炉煅烧sol-gel法,微波辅助sol-gel法有利于提高BNT的介电性能和居里温度,降低介质损耗.

3D打印调控聚合物晶型制备高压电性能聚合物薄膜

聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物薄膜材料具备优异机械柔韧性、易加工等特性,广泛应用于可穿戴传感设备领域。针对PVDF基聚合物压电性能低的问题,提出一种调控其分子组成与聚集态结构的技术,通过氢化还原、3D打印等手段制备并调控聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))分子链的组成与结构,以增加其β-相含量并实现其内部C—F键的全反式排列,对比分析改性调控前后P(VDF-TrFE)的晶型结构与压电性能,揭示其压电性能提升机理。结果表明,与原始聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯(P(VDF-CTFE))、流延制备的P(VDF-TrFE)相比,通过氢化还原技术与3D打印工艺制备的P(VDF-TrFE)薄膜β-相含量达到21%,且压电系数由6 pC/N提升至25 pC/N,并具有优秀的机械性能。

交流电极化增强Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-0.3PbTiO_(3)压电性能的机理研究

探讨了不同极化方式下Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)–0.3Pb Ti O_(3)(PMN-0.3PT)单晶的压电性能的变化。实验结果表明,相比于直流电极化,交流电极化后PMN-0.3PT单晶的压电系数d33从1421 pC/N提升至1857 pC/N,相对介电系数εr从4800提升至6650,压电系数与相对介电系数分别提升了30.7%和38.5%。为探究交流电优化机理,采用了实验和模拟相结合的方法,从极化畴结构演化的角度给出了解释。用压电力显微镜对PMN-0.3PT的畴结构进行了扫描,并利用相场模型对PMN-0.3PT的畴结构演化进行了表征,实验和模拟结果展现出相同的演化趋势;同时建立了相应的晶格演化模型进行解释。对于未极化的PMN-0.3PT单晶,畴结构呈现随机分布的状态;经过直流电极化后,电畴沿偏向电场的方向翻转,畴结构形貌呈现树枝状;在交流电极化后,PMN-0.3PT内部只存在两个不同极化方向,畴结构形貌呈现条带状。数值计算的结果表明,随着极化方式由无极化到直流极化再到交流极化,PMN-0.3PT的畴壁能从727.578变化到160.060再到57.910,伴随着畴壁能的减小,畴壁密度逐渐降低,这是导致压电性能提升的主要原因。该研究成果对深入理解弛豫铁电材料电畴结构与压电性能的内在联系及作用机理有非常重要的意义,并为优化铁电材料的压电性能给出了可行方案。

CuO掺杂(Ba,Ca)(Ti,Sn)O_(3)陶瓷的结构与压电性能

(Ba,Ca)(Ti,Sn)O_(3)(BCTS)压电陶瓷具有优异的压电性能,在压电传感器、换能器领域表现出巨大的应用潜力。其烧结温度非常高(通常在1450℃以上),导致其在实际应用中受到限制。为了降低烧结温度,本研究以(Ba_(0.95)Ca_(0.05))(Ti_(0.90)Sn_(0.10))O_(3)为基体,选择CuO作为烧结助剂,通过传统固相烧结法制备BCTS-xCuO压电陶瓷,系统研究CuO含量对BCTS陶瓷的烧结温度、结构及介电、压电性能的影响规律。研究发现,加入CuO后,陶瓷主相为钙钛矿结构,存在少量杂相,可能是Ba_(2)TiO_(4)和Ba_(2)Cu_(3)O_(5.9)。CuO掺杂能有效将陶瓷的烧结温度从1480℃降低至1360℃,提高压电陶瓷的相对致密度,增大陶瓷的平均晶粒尺寸。当x=0.03时,陶瓷获得最高相对致密度(98.7%)和最大平均晶粒尺寸(22.5μm),同时获得最优异的电学性能:压电系数d_(33)=573 pC/N,机电耦合系数k_(p)=36%,相对介电常数ε_(r)=9467,介电损耗tanδ=0.021。与其他低温烧结的BaTiO_(3)基陶瓷相比,x=0.03陶瓷组分在低烧结温度下具有更高的d33,表现出优异的综合性能。本研究结果表明,CuO掺杂可有效降低BCTS陶瓷的烧结温度,提高压电性能,为其在压电器件领域的应用提供指导。

车载DC-DC高压电性能评价

文章从电动汽车的标准和设计指标出发,详细研究电动汽车高压系统的电性能相关要求,重点分析DC-DC变换器的高压安全及高压部件的电气性能的评价方法及必要性。

LiF掺杂对BiFeO_(3)-BaTiO_(3)陶瓷结构、铁电和压电性能的影响

采用固相反应法制备0.7BiFeO_(3)-0.3BaTiO_(3)+0.35%(摩尔分数,下同)MnO_(2)+x%LiF(BF-BT-MN-x LF)压电陶瓷。采用XRD,SEM,铁电测试系统和精密阻抗分析仪测试陶瓷的物相组成、显微结构和铁电、压电性能。结果表明:LiF掺杂加强晶格畸变,促进烧结和晶粒生长,改善压电性能的温度稳定性。Li^(+)和F-不等价取代A/B位产生的复合缺陷偶极子,转向速度滞后于外加电场的变化,导致电滞回线呈现夹持现象。同时,对BF-BT-MN-x LF陶瓷的退极化行为以及居里温度变化的研究表明,LiF掺杂显著提高陶瓷的居里温度T c和退极化温度T_(d),T_(c)和T_(d)分别由500℃和410℃(x=0)升高到550℃和505℃(x=0.50)。当LiF掺杂量为0.50%时,在860~1020℃温度范围内烧结的陶瓷始终保持较高的压电系数,d_(33)=176~202 pC/N。x=0.50的陶瓷样品在960℃烧结表现出最佳的压电性能:d_(33)=202 pC/N,k_(p)=34%,T_(c)≈550℃,T_(d1)≈505℃。

锆钛酸铅-硅酸盐水泥复合材料的介电和压电性能研究

选择以锆钛酸铅为功能相,普通硅酸盐水泥P.O 42.5为基体材料,采用压制成型法制备了不同体积分数(30%,40%,50%,60%)功能相的锆钛酸铅-硅酸盐水泥复合材料,研究了复合材料的介电性能、压电性能和机电耦合性能。结果表明,50%以下体积含量的锆钛酸铅的掺杂,可以使锆钛酸铅相互之间接触的概率增大,连通性得到加强,进而促进电流在锆钛酸铅之间的相互传导;随着锆钛酸铅体积量的不断增大,复合材料的介电常数逐渐升高,介电损耗逐渐降低,压电电压常数和压电应变常数逐渐增大,机电耦合系数K_(t)和机械品质因数Q_(m)先增大后减小;当锆钛酸铅的体积分数为50%时,K_(t)最大为0.15%,Q_(m)最大为33.09;当锆钛酸铅体积分数增加至60%时,分布均匀性变差,复合材料的机电耦合性能减弱。

高压下KNN压电性能的第一性原理计算

针对面向声学煤矿传感技术的高性能无铅压电材料铌酸钾钠(KNN),外加力场是调控其电学性能的重要手段之一。为研究高压条件下KNN的压电性能变化规律,采用基于密度泛函的第一性原理计算方法研究了不同压力下KNN的晶格常数、相结构能量、电子结构、介电性能和压电性能,系统研究不同压力下KNN压电性能的变化机理,确定其最佳的压力工作点。结果表明:随着外加压力从0增加至21 GPa,KNN晶胞内晶格常数减小(原子间距离减小),电子结构中的能带带隙先减小后增大,电子结构电子云重叠程度增大和原子间静电作用增强。在外加压力15~18 GPa范围内,KNN从三方相R相转变为正交相O相,此时R相和O相自由能差值低,自由能分布更平坦,晶格在外场下更容易发生形变,NbO^(-)_(6)八面体也更容易发生畸变从而增强KNN压电性能。在外加压力为15 GPa下的KNN具有优良的介电性能和最大的压电性能e 33=7.2 C/m^(2),有利于提升声学煤矿感知技术从而充分保障煤矿井下工作面安全高效生产。

硅基复合气凝胶隔热性能及压电性能研究

具备隔热和压电性能的高分子材料是一类节能环保型工业防护材料,同一般普通材料比较,其隔热和压电性能均有提升,进而引起了材料、化学和环境等领域的高度重视。针对一类新型材料——硅基复合气凝胶性能展开了系统性研究,利用常温常压工艺制备出SiO_(2)气凝胶。随即合成出两种硅基复合气凝胶材料。结果表明:二氧化硅-聚丙烯腈纤维复合气凝胶具有显著的隔热效应,当温度升至900℃时,材料的质量总失重约21.4%,导热系数可达到0.02461W/(m·K);二氧化硅-锆钛酸铅压电陶瓷复合型凝胶材料具有良好的压电性能,纵向压电常数和介电常数可高达5和1000多。因此,硅基复合气凝胶材料在能源领域的应用具有较大价值和发展潜力,可为相关行业提供借鉴。

离子液体掺杂左旋聚乳酸薄膜的制备及压电性能研究

聚L-乳酸(PLLA)不仅具有透明、柔软、绿色来源、可再生、可生物降解以及生物兼容等特点,还具有一定的剪切压电性能,是运动测量、健康监测、人机交互等领域的热点材料。然而左旋聚乳酸的压电性能较聚偏四氟乙烯(PVDF)弱。为进一步提升左旋聚乳酸薄膜的压电性能,通过少量掺杂(1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐)离子液体(IL)和后处理工艺制备了一种压电性能增强的左旋聚乳酸薄膜。采用X射线衍射、拉曼光谱、力学测试仪等设备详细研究了掺杂不同质量比IL(0%、0.25%、1%、4%)的PLLA薄膜在不同退火工艺下的结晶性能和压电特性。结果表明,PLLA薄膜的压电性能随着离子液体浓度的增加和退火时间的增加而增加;4%IL掺杂且退火2 h的PLLA/IL复合薄膜的电压响应信号达到0.64 V,是纯PLLA薄膜对照组电压响应峰值信号的2倍。因此,通过往PLLA薄膜合理掺杂IL和适当退火处理能够获得高压电性能的左旋聚乳酸薄膜。

0-3表面复合型BaTiO_(3)-ZnO压电复合陶瓷的压电性能有限元分析

为了从多物理场耦合的角度解释弥散分布于其中的ZnO非均匀局域结构对陶瓷基体压电性能的增强机理,运用COMSOL Multiphysics结构力学模块中的压电设备模块,对ZnO复合表面0-3型BaTiO_(3)压电复合陶瓷进行有限元仿真分析。结果表明:弥散分布的ZnO非均匀局域结构导致整个样品性能分布不均匀,即在ZnO附近,同时获得小的压电应力和较大的压电极化强度;通过增加样品的孔数目和弥散度等方式,可以改善模拟的BaTiO_(3)陶瓷性能的不均匀性,进而获得BaTiO_(3)复合陶瓷均匀的增强压电性能。研究结果为BaTiO3陶瓷电性能的优化提供了新思路。

锰掺杂对0.2PZN-0.8PZT陶瓷压电性能的影响

研究了锰掺杂对0.2PZN-0.8PZT(PZNT)陶瓷微观结构及压电性能的影响,结果表明:随锰离子的添加,陶瓷晶粒长大,烧结致密;晶格发生畸变,体系的相结构由四方相向三方相过渡,居里点降低.此外,锰掺杂使材料体系'变硬',εT33/ε0和tanδ变小,Qm值增加,同时瓷体较高的致密度又保证了Kp不致降低.

中温烧结PZN-PZT系陶瓷的压电性能研究

在多层压电器件的研制过程中，为实现压电陶瓷和Ａｇ／Ｐｄ内电极的共烧结，本文对中温１１００～１１４０℃范围烧成的ＰＺＮ－ＰＺ－ＰＴ系压电陶瓷的电性能进行了研究，结果表明，保温时间对该组成的压电介电性能有重要的影响，随保温时间的延长，ｄ３３从４２０×１０－１２Ｃ／Ｎ增加到 ５６０×１０－１２Ｃ／Ｎ， Ｔ３３从 ２１８０增加到 ２９００。

钨掺杂PZN-PZT陶瓷的结构与压电性能的研究

用二次合成法制备了掺杂WO3的PZN-PZT压电陶瓷,研究了WO3对PZN-PZT陶瓷晶胞结构与压电性能的影响,结果表明钨掺杂促进PZN-PZT陶瓷的烧结致密化,于1100℃下形成晶界清晰,结构致密的陶瓷。钨掺杂引起晶格畸变,随着钨含量的增加,晶格常数a和c减小,四方度降低;对压电性能的研究表明随着钨含量的增加,PZN-PZT陶瓷的矫顽场Ec、自发极化强度Ps、机电耦合系数Kp和压电常数d33减小,介电常数ε和机械品质因数Qm增大,绝缘电阻率ρ先增加后减小;PZN-PZT陶瓷在WO3掺杂量为1.0％(质量分数)时具有最佳综合性能。

(K_(0．5)Na_(0．5))NbO_3-LiNbO_3无铅压电陶瓷的烧结特性和压电性能研究

采用传统陶瓷烧结工艺制备了(1-x)(K0．5Na0．5)NbO3-xLiNbO3无铅压电陶瓷,研究了陶瓷的结构、烧结特性及电性能特征．制备的(K0．5Na0．5)NbO3-LiNbO3陶瓷为单一的钙钛矿结构,室温下其相结构随LiNbO3含量增加逐渐由正交相向四方相转变,显微结构也由于LiNbO3含量的不同而表现出很大差异．与(K0．5Na0 5)NbO3陶瓷相比,(K0．5Na0．5)NbO3-LiNbO3陶瓷的烧结温度降低,烧结特性得到改善．(K0．5Na0．5)NbO3-LiNbO3陶瓷表现出优越的压电性能,其中0．94(K0．5Na0．5)NbO3-0．06LiNbO3(x=0．06)陶瓷的压电常数d33达到205pC／N,机电耦合系数kp为40．3％,kt达到49．8％．

铌酸钠钾基无铅压电陶瓷的相结构与压电性能

采用传统固相反应合成法制备了结构致密的(1-x)Na0.5K0.5NbO3-xLiTaO3(KNNT)无铅压电陶瓷,研究了LiTaO3对Na0.5K0.5NbO3材料晶体结构和压电性能的影响。结果表明,随着LiTaO3含量的增加,材料的钙钛矿结构由斜方相向四方相转变,KNNT材料的准同型相界位于0.04 mol<x<0.08 mol处;随着LiTaO3含量的增加,将使四方铁电相→斜方铁电相的相变温度TT-C向低温方向移动并使居里温度TC向高温方向移动,而且材料的压电常数d33、介电常数ε和机电耦合系数kp均随之先增大后减小,在x=0.06 mol处达到最大值;组成为0.94Na0.5K0.5NbO3-0.06LiTaO3的陶瓷具有优异的压电性能,陶瓷的相对密度达97.8%,居里温度为480℃,d33达134 pC/N,kp达0.33,ε为897,Qm为100。

提高PZT压电性能方法的研究现状

PZT(锆钛酸铅)是应用最广泛的压电陶瓷。介绍了提高PZT压电陶瓷压电性能的方法,重点总结了采用改变锆钛比、进行掺杂改性和调节烧结温度等方法来改变压电性能的研究现状,进而为改进工艺提高压电性能提供理论支持,并展望了将PZT压电材料应用于智能涂层在线监测的前景,分析了亟待解决的问题。

Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3系无铅压电陶瓷的介电压电性能

研究了(Na1-xKx)0.5Bi0.5TiO3体系无铅压电陶瓷的介电、压电性能,通过XRD分析,发现随着x的增加,陶瓷的晶体结构由三方相逐渐转变为四方相,x=0.16～0.20范围内具有三方和四方共存相结构,为该体系的准同型相界(MPB),材料在MPB附近具有最佳的压电性能。测试了陶瓷的介电温谱,表明该体系陶瓷为弛豫型铁电体,电滞回线表明陶瓷在升温过程中发生铁电-反铁电-顺电相变。

锰掺杂对硬性PZT材料压电性能的影响

研究了锰掺杂对ＰＺＴ材料微结构及压电性能的影响，并用ＥＳＲ确定了锰在ＰＺＴ材料中的价态．结果表明，锰在ＰＺＴ材料中主要以 Ｍｎ２＋和 Ｍｎ３＋的方式共存．锰在ＰＺＴ陶瓷材料中的“溶解度”约为１．５ｍｏｌ％．锰含量＜０．５ｍｏｌ％时，Ｍｎ将以Ｍｎ２＋和Ｍｎ３＋的方式优先进入晶格 Ｐｂ位，使材料的压电性能提高，表现出施主杂质特性；锰浓度处于 ０．５～１．５ ｍｏｌ％时，部分Ｍｎ将以Ｍｎ３＋或Ｍｎ２＋的方式进入晶格中（Ｚｒ；Ｔｉ）位，而此浓度范围内锰掺杂的ＰＺＴ材料同时表现出“软性”和“硬性”材料的压电特性．锰含量＞１．５ｍｏｌ％时，过量的Ｍｎ将在晶界积聚，使压电活性降低．少量Ｆｅ的存在，可使Ｍｎ离子的溶解度降低，并起到抑制Ｍｎ２＋和