BNT基铁电陶瓷的温度诱导高电致应变响应及其机理研究

近年来,钛酸铋钠(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_(3)(BNT)基铁电材料因具有高电致应变响应而受到广泛关注,并在驱动器方面展现出巨大的应用潜力。本工作采用传统固相法工艺制备了(1-x)(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_(3)-x(Ba_(0.90)Ca_(0.10))(Ti_(0.92)Sn_(0.08))O_(3)(BNT-x BCTS,x=0.04~0.07)铁电陶瓷,研究了BCTS含量对BNT陶瓷的相结构、介电性能及电致应变性能的影响。通过分析高温下材料铁电/应变性能的变化和高温原位XRD/拉曼测试结果,明确了温度诱导BNT基陶瓷高电致应变产生的机理。结果表明,BNT-x BCTS(x=0.04~0.07)陶瓷均具有三方-四方两相共存结构,且三方相/四方相的含量比随着BCTS含量的增大逐渐减小。BCTS的引入促使BNT材料的铁电-弛豫相变温度(T_(F-R))向低温方向移动,并提高了BNT陶瓷材料室温下的电致应变性能。此外,BNT-x BCTS体系具有温度诱导高电致应变特征,在其T_(F-R)附近,电致应变性能获得极大提升:BNT-0.05BCTS陶瓷在其T_(F-R)(150℃)附近的单向应变值S uni达到0.463%(70 kV/cm电场下,测试频率1 Hz),对应的大信号压电常数d_(33)*为661 pm/V。通过开展样品在室温和150℃下第一圈电滞回线/双向应变曲线测试,给出了材料在不同温度下电场诱导结构转变的具体演变过程,并证实了BNT基材料在其T_(F-R)温度附近的高电致应变来源于电场诱导的遍历性弛豫态到铁电态的可逆转变。

Na0.5Bi4.5–x(Sm0.5Ce0.5)xTi4O(15)铋层状压电陶瓷的结构与光电性能

采用固相合成法制备了Na0.5Bi4.5–x(Sm0.5Ce0.5)xTi4O(15)(NBT–x(Sm,Ce))铋层状无铅压电陶瓷,并研究了(Sm,Ce)3+掺杂对陶瓷材料结构与光电性能的影响。当(Sm,Ce)掺杂到NBT中,陶瓷的相结构和形貌均没有明显变化,而且促进了体系电学性能。当x=0.008时,其剩余极化强度达到2Pr=13.33μC/cm2,同时Curie温度高达640℃。(Sm,Ce)掺杂改性后,使NBT陶瓷具有了光致发光特性,室温下表现为明亮的橙色光。在407 nm光的激发下,样品在597 nm波长下出现较强的发射带,对应4G5/2→6H7/2能级跃迁。作为一种多功能材料,(Sm,Ce)掺杂的NBT压电陶瓷在光电器件和传感器等方面有着广阔的应用前景。

Sm/Sb共掺(Bi0.5Na0.5)0.935Ba0.065TiO3陶瓷的电致应变与光致发光特性

介绍了一种无铅发光应变材料(Bi0.5Na0.5)0.935–xSmxBa0.065Ti1–xSbxO3(BNT–0.065BT–x Sm Sb)陶瓷。研究了Sm/Sb对BNT–0.065BT相结构、形貌和电性能的影响。BNT–0.065BT–x Sm Sb陶瓷均呈现纯钙钛矿相结构。Sm/Sb的加入诱导铁电弛豫相变,从而促进了应变的改善。当x=0.004时,单极应变为0.31%(70 k V/cm),相当于大信号d33*(Smax/Emax)为443 pm/V。此外,发光性能研究表明,BNT–0.065BT–x Sm Sb陶瓷在407 nm激发下呈现明亮的橙红色发光。发光强度随着Sm/Sb掺杂浓度的增加而增大,其主要发射峰为599 nm附近的强红色发射峰,对应于4G5/2→6H7/2跃迁。BNT–0.065BT–xSmSb陶瓷作为一种多功能材料,在光电一体化和耦合器件的应用中显示出巨大的潜力。