钛酸铋钠基压电材料制备技术研究进展

钛酸铋钠(BNT)基压电材料因具有较好的电学性能以及高居里温度等优点,成为了压电材料领域的研究热点之一。如何制备出性能优异的钛酸铋钠基压电材料,是满足各个领域应用要求的重要环节。重点综述了近年来钛酸铋钠基压电材料制备技术的研究进展,从固相烧结、放电等离子烧结以及微波烧结等角度对其烧结技术进行论述;从溶胶-凝胶、脉冲激光沉积和射频磁控溅射等角度对其薄膜制备技术进行综述;对热喷涂制备压电涂层的机理和工艺进行总结。结果表明,烧结温度是影响块体材料结构和性能的关键因素,其中放电等离子烧结与微波烧结相较于传统的固相烧结能够有效控制材料的烧结温度;在钛酸铋钠薄膜的制备中对沉积温度、氧气压力以及退火温度的控制可以有效提高薄膜电学性能;热喷涂制备的钛酸铋钠涂层通过热处理工艺能够改善涂层的电学性能,并且热喷涂能够在复杂零件表面实现压电涂层的可控制备,其中钛酸铋钠压电陶瓷薄膜和涂层的制备扩展了其应用范围。最后,展望了压电陶瓷材料技术的未来发展趋势,为压电材料制备技术的研究提供了一定的参考。

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷掺杂改性研究现状

钛酸铋钠(Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_(3),简称BNT)基无铅压电陶瓷因其环境友好型、良好的铁电压电性能等特点在航空航天、舰艇声纳、高速列车及电子产品等领域得到广泛应用。为了克服钛酸铋钠基无铅压电陶瓷高矫顽场并进一步提升其电学性能,通过对BNT基无铅压电陶瓷进行掺杂改性构建三方相–四方相共存的准同型相界(MPB)。掺杂改性是改善BNT基无铅压电陶瓷性能的一种重要方法,针对BNT基无铅压电陶瓷掺杂改性进行系统总结十分必要。主要从BNT基无铅压电陶瓷多组元改性、A/B位离子掺杂和稀土离子掺杂改性等三方面综合论述近年来BNT基压电陶瓷研究进展。结果表明,引入合适的组元有利于BNT基无铅压电陶瓷构建三方相–四方相共存的准同型相界;A/B离子掺杂是根据离子半径和电价大小的一致性对BNT陶瓷中对应位置的离子进行取代;稀土离子掺杂主要对该陶瓷的光电特性有显著影响。上述三方面从不同角度改善了BNT基无铅压电陶瓷的性能,以期为研究性能更好的BNT基无铅压电陶瓷的科研和技术人员提供参考,并为BNT基无铅压电陶瓷的实际应用奠定基础。

基于场致应变的钛酸铋钠基压电纤维复合材料性能研究

基于钛酸铋钠基无铅陶瓷制备压电纤维复合材料,并研究BNT基压电陶瓷纤维体积分数对复合材料的影响。研究结果表明:随压电陶瓷体积分数的增加,自由应变和顶端位移增大;当压电陶瓷体积分数为81.40%时,在0~1500 V正弦电压激励下,自由应变和顶端位移最大分别达到543×10^(-6)和14.92 mm;在循环寿命实验中,经历1.0×10^(6)次循环后性能依然稳定,具有优异的耐疲劳性能,作为柔性驱动器应用前景广阔。

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷研究近期进展

钛酸铋钠(分子式是Bi0.5Na0.5TiO3,简写为BNT)基无铅压电陶瓷性能优良,但与铅基陶瓷相比还有相当的差距,其性能有待进一步提高。从BNT基陶瓷改性、陶瓷新体系以及陶瓷制备技术等多方面,分析了提高BNT基陶瓷性能的原理、途径和方法,指出了发明陶瓷新体系的有关思路,讨论了陶瓷制备技术与陶瓷性能的关系。同时,列举了近期在BNT基陶瓷性能改善研究中的若干新进展和新结果、性能良好的BNT基陶瓷新体系及制备工艺和制备新技术对陶瓷性能的影响,并对今后的相关研究进行了展望。

钛酸铋钠-钛酸钡系无铅压电陶瓷的压电性能

研究了(1-x)Na0.5Bi0.5TiO3-xBaTiO3系无铅压电陶瓷的介电、压电性能。通过X-射线衍射分析发现,当0.06≤x≤0.10时,该体系陶瓷具有三方、四方相共存的晶体结构,此时材料具有最佳的压电性能。测试x=0.06时陶瓷样品的介电温谱和电滞回线发现在相界附近的陶瓷为弛豫型铁电体,并在加热过程中发生了铁电-反铁电-顺电相的转变。

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的组分设计与性能调控研究进展

钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3,BNT)基无铅压电陶瓷是目前研究最多且极具应用前景的钙钛矿(ABO3)型无铅压电材料之一。最近几年,BNT基无铅压电陶瓷仍然是国际压电铁电材料研究的热点之一。从BNT基无铅压电陶瓷A位和/或B位取代、多组元复合、掺杂离子改性以及制备技术改进等方面,综合介绍了2006年以来国内外的研究进展,特别是准同型相界的构建以及组分设计与性能调控的研究进展,并对今后的研究进行了展望。

钛酸铋钠的水热合成与表征

采用水热法合成出(Na1/2Bi1/2)TiO3钙钛矿复合氧化物超细粉料,实验研究确定了最优合成过程参数:矿化剂NaOH浓度为12mol/L前驱体溶液的pH值在12～13范围内、在180℃下反应48h,并制备出单一钙钛矿结构的NBT合成粉料.采用XRD、SEM等分析手段对合成粉体的结构、形貌进行了表征.分析结果表明合成的粉体为纯钙钛矿结构,粉体形貌大体呈现圆球状,颗粒大小比较均匀,直径分布在O.2～1.0μm范围,平均粒径为0.5um左右.与常规固相合成法相比,水热法制备的(Na1/2Bi1/2)TiO3陶瓷样品表现出较好的压电性能,其压电性能参数d33达到了82pC/N.

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷粉体的制备技术

作为一类具有发展前景的无铅压电陶瓷,钛酸铋钠(BNT)基陶瓷的开发和应用正日益受到重视。陶瓷粉体的形貌、化学成分的均匀性等,直接影响着陶瓷材料的组成与结构乃至其电学性能。本文综述了近几年BNT基无铅压电陶瓷粉体的制备技术,介绍了各种方法的基本原理、工艺,并讨论了不同制备方法的优缺点。

钛酸铋钠基无铅压电材料的溶胶-凝胶自蔓燃制备工艺研究

采用溶胶-凝胶自蔓燃法合成具有单一钙钛矿相的0.76Na0.5Bi0.5TiO3-0.24SrTiO3(简写为NBT-ST)的超细粉体。采用热重/差热、X射线粉末衍射、红外光谱等分析手段对自蔓燃工艺前后的粉体进行了分析表征,通过对合成工艺中溶胶pH值、水浴温度、柠檬酸与硝酸根离子配比、热处理温度等参数的优化,获得了制备单一钙钛矿结构的NBT-ST无铅压电材料超细粉体的最优工艺参数:溶胶pH值为8、水浴温度为80℃、柠檬酸与硝酸根离子配比为1.25∶1,185℃左右凝胶发生自蔓燃,热处理温度为550℃,保温时间为1 h。

钛酸铋钠钾无铅压电厚膜的制备及表征

采用传统固相法制备(Na0.82K0.18)0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷粉体,将质量分数5%的乙基纤维素溶入到质量分数为92%的松油醇中配制粘合剂溶液,加入质量分数2%的二乙二醇丁醚醋酸酯作分散剂,质量分数1%的邻苯二甲酸二丁酯作增塑剂,将陶瓷粉体与粘合剂溶液按3∶1的质量比混合碾磨,用320目筛印刷至带有Pt电极的氧化铝衬底上,经放平、烘烤、预烧、加压及烧结后,制备出厚度约40μm的BNKT厚膜,平均晶粒尺寸为1.1μm,介电常数也达到最大为782,损耗最小为3.6%(10 kHz),剩余极化为24.8μC/cm2矫顽场为71.6 kV/cm,纵向压电系数为79 pC/N。

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(Bi0.5+x/2Na0.5-x/2)0.94Ba0.06Ti1-xCoxO3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(9)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。

钛酸铋钠基陶瓷及其复合薄膜的制备与介电性能

采用固相法制备处于准同型相界附近的钛酸铋钠基(BNT(陶瓷0.88Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3-0.06SrTi0.875Nb0.1O3(BNBT-STN),研究了其相结构、微观形貌和介电响应。材料形成均一的固溶体并表现出赝立方结构,通过修正的居里外斯公式拟合材料具有典型介电弛豫体特征。进一步,以柔性聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)为基体,BNBT-STN陶瓷颗粒为填充相,采用匀胶旋涂法制备了BNT/PVDF复合薄膜。扫描电镜表明纳米颗粒陶瓷填粉均匀分散在孔隙率很小的聚偏聚氟乙烯基体中,BNT和PVDF的界面通过BNT颗粒表面羟基中的H原子和PVDF的F原子以氢键结合。介电频谱揭示BNT/PVDF复合材料的介电常数和损耗随着频率的增加而下降。随着BNBT-STN含量增加,BNT/PVDF膜的介电常数线性增加,而介电损耗表现出先增加后减小的趋势。当复合量为40vol%时,材料的介电常数提高到47,同时损耗大幅度降低,表明BNT基复合PVDF材料在柔性电容应用上具有很大的潜力。

二步水热法制备钛酸铋钠粉体的研究

以二氧化钛(TiO2)和氢氧化钠(NaOH)为原料,经水热反应成功合成钛酸钠(Na2Ti3O7)晶体纤维。以合成的钛酸钠和五水硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)为原料,NaOH为矿化剂,进行二次水热反应制备钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3)粉体。通过X线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对反应制备的粉体进行物相分析,结果表明,通过二步水热反应,可制备出颗粒尺寸均匀的Na0.5Bi0.5TiO3聚集球。

镧掺杂钛酸铋钠钾系无铅压电陶瓷的制备工艺

利用XRD、SEM等技术分析方法,研究了工艺条件对[(Na0.5Bi0.5)0.82(K0.5Bi0.5)0.18]1-xLaxTiO3(x=0 ～ 0.1)无铅压电陶瓷的物相组成、显微结构和压电性能的影响.结果表明:提高合成温度至870 ～ 900℃有利于主晶相的形成;在1 130℃下烧结可得到高致密样品.同时研究了极化工艺条件对材料压电性能的影响:极化温度保持在80 ～ 100℃之间, 极化电场强度为4 MV/m可以得到较好的压电性能.

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷烧结行为

利用传统的固相合成法合成了纯钙钛矿结构的钛酸铋钠基压电陶瓷,研究了不同烧结温度下的钛酸铋钠基压电陶瓷的烧结行为,并对烧结过程中陶瓷表面出现第二相的机制进行了模型分析。最后研究了钛酸铋钠基陶瓷系列的电学性能。

钛酸铋钠系陶瓷的介电热滞现象

测量了 (Na0 .5 Bi0 .5 ) Ti O3和 (Na0 .5 Bi0 .5 ) 0 .94Ba0 .0 6 Ti O3陶瓷从 2 0～ 5 0 0°C的介电温谱。发现 (Na0 .5 Bi0 .5 )Ti O3陶瓷在 15 0～ 35 0°C和 (Na0 .5 Bi0 .5 ) 0 .94Ba0 .0 6 Ti O3陶瓷在 30～ 30 0°C的热滞现象。作者认为此热滞现象是该类材料发生缓慢相变过程的外在表现 ,对于 (N a0 .5 Bi0 .5 ) 0 .94Ba0 .0 6 Ti O3陶瓷直至室温附近的热滞现象 ,与其常温下处于三角 -四方准同型相界 (MPB)附近有关 ,而且这一热滞的存在必然影响 (Na0 .5 Bi0 .5 ) 0 .94Ba0 .0 6 Ti

钛酸铋钠钾系致密陶瓷的感湿机理研究

研究了钛酸铋钠钾系统致密陶瓷的感湿机理,发现该陶瓷晶界相中的钾钠氧化物会微溶于水,产生 K^+、Na^+,起着导电载流子的作用,因而随着湿度的增加,陶瓷感湿体的阻抗降低,故虽为致密陶瓷,仍有好的湿敏效应。

钡铪共掺杂钛酸铋钠压电陶瓷制备及铁电性分析

采用溶胶-凝胶制备工艺制备了(Na0.5Bi0.5)0.935Ba0.065(Ti1-xHfx)O3(x=0.002、0.005、0.01、0.02)无铅压电陶瓷。研究了陶瓷的铁电、压电性能和显微结构。结果表明,随着铪掺杂量的增加,陶瓷晶相转变为4方相,电滞回线发生畸变。对电滞回线的拟合分析表明,有两种铁电畴存在,随温度的升高,电滞回线呈现部分类似于反铁电的特征。该陶瓷体系在x=0.005时,其压电应变常数,径向机电耦合系数,厚度耦合系数,介电常数,介电损耗分别为210pC/N,0.252,0.446,1293,0.055。

Y2O3掺杂对钛酸铋钠介质材料介电性能的影响

研究了掺杂Y2O3对(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷材料介电性能的影响.实验结果表明:当(Bi0.5N0.5)0.94Ba0.06TiO3中掺杂0.1%(原子分数)Y2O3时,试样在1140℃空气气氛下烧结2h,材料的介电性能有了较大幅度的提高,介电系数和介质损耗分别为1941和4.48%,介电性能在室温范围内的变化明显减小;由于Y2O3的加入,Y3+离子取代了部分Ti4+离子,材料的电畴结构遭到破坏,导致了Tc的前移,介电峰展宽,有效的改善了材料的介电性能.由介电温谱分析了材料从室温到400℃的相变过程,阐述了对钛酸铋钠陶瓷材料高温相变过程的新看法.

Li^+/Na^+/K^+对稀土Er掺杂钛酸铋钠陶瓷发光性能的影响研究

采用固相合成法探究不同的一价碱土金属离子M的掺杂(M=Li^+、Na^+、K^+)对BNT:Er材料的微观结构、形貌和发光性能影响.根据电荷补偿原理,在BNT:Er样品A位掺杂碱金属离子可形成(Bi_(0.5)Na_(0.5))_(1-x)M_xTiO_3:Er(M=Li^+、Na^+、K^+),实验结果表明一价碱金属离子的引入都能显著提高样品的发光强度,其中K^+离子在提高光强起到的作用最大,是不掺K^+离子样品发光强度的4倍.