织构化K0.5Na0.5NbO3无铅压电陶瓷的性能研究

以分析纯Na2CO3、Bi2O3和Nb2O5为原料,以NaCl为熔盐,采用二次熔盐法和拓扑化学反应法合成各向异性片状NaNbO3粉体。以该片状NaNbO3粉体为模板晶粒,以固相法合成的NaNbO3和KNbO3粉体为基料,采用流延工艺制备出较高取向度的织构化K0.5Na0.5NbO3(KNN)无铅压电陶瓷,系统研究了模板含量、烧结温度和保温时间等工艺参数对织构化KNN陶瓷显微结构和压电性能的影响规律。研究结果表明:随着模板含量的增加,陶瓷的取向度逐渐增加,当模板含量为15 wt%时,陶瓷的取向度可达0.69,当模板含量为10 wt%,1100℃下保温5 h烧结,可以获得具有一定织构度(f=0.58)的KNN陶瓷,并表现出优异的压电性能,d33=128 pC/N。

Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷放电等离子烧结的制备工艺

由于Na,K在高温下容易挥发,因而采用普通陶瓷烧结工艺难以得到致密的碱金属铌酸盐系陶瓷,只能通过热压烧结制备高密度的铌酸钾钠(NaNbO3-KNbO3)系无铅压电陶瓷.本研究采用放电等离子烧结(SparkPlasma Sintering,SPS)技术,通过配料、研磨混料、焙烧、SPS烧结、退火工艺后,制备出白色略带黄色的Na0.5K0.5NbO3压电陶瓷试样.在烧结过程中,没有观察到明显的碱挥发,试样密度随烧结温度的增加而增大,860℃以上温度烧结时,试样的密度达到4.22g/cm3(为理论密度的92%).采用分步极化方法对试样进行极化,即先在高温下用低电压极化,再在低温下用高电压极化,极化后样品的压电常数d33为37pC/N～49pC/N.

(1-x)K0.5Na0.5NbO3-xBi(Mg0.5Ti0.5)O3无铅弛豫铁电陶瓷的介电、铁电和高储能行为

利用传统固相法制备了(1–x)K0.5Na0.5NbO3-xBi(Mg0.5Ti0.5)O3(简写:(1–x)KNN-x BMT,x=0.05,0.10,0.15,0.20)无铅弛豫铁电陶瓷,并对其相结构、微观形貌、介电特性与储能行为进行了系统的研究.研究结果表明,随着BMT含量的增加,(1–x)KNN-x BMT陶瓷由正常铁电体逐渐转变为弛豫铁电体,表现出强烈的弥散相变特征,其最大极化强度Pmax随之逐渐降低.当x=0.15时,陶瓷具有最大的击穿电场,为275 kV·cm^–1.采用间接方式对(1–x)KNN-x BMT陶瓷的储能性能进行计算,发现当BMT的含量为x=0.15时,可获得最佳的储能性能:当场强为275 kV·cm^–1时,可释放储能密度Wrec为2.25 J·cm^–3,储能效率h高达84%.鉴于实际应用的需求,对各组分陶瓷进行直接测试,结果表明随掺杂量的增加,储能密度Wdis呈现先增大后减小的变化趋势,当x=0.15时,储能密度为1.54 J·cm^–3,放电时间仅为88 ns.另外,该材料在1—50 Hz范围内具有良好的频率稳定性,在25—125℃范围内具有良好的温度稳定性,储能密度的变化量低于8%.该研究表明KNN-BMT陶瓷在环境友好高储能密度电容器领域具有广阔的应用前景.

LiSbO3含量对BiMnO3掺杂K(0.5)Na(0.5)NbO3陶瓷的结构与压电性能的影响研究

采用传统陶瓷常压烧结工艺制备(0.996–x)KNN-0.004BM-xLS(x=0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06)无铅压电陶瓷,着重研究了LS的含量对(0.996–x)KNN-0.004BM-xLS陶瓷相结构和压电性能的影响。结果表明,当x≤0.02时,陶瓷具有单一的正交相结构;当0.03≤x≤0.05时,陶瓷具有正交相与四方相共存的过渡结构;当x=0.06时,陶瓷具有单一的四方相结构。陶瓷的MPB成分范围在0.03≤x≤0.05。随着LS含量的增加,陶瓷材料的d33和kp均先增加后减小,当x=0.05时,均达到最大值,分别为230 pC/N和0.42;陶瓷的To-t和Tc均向低温方向移动;当x=0时,陶瓷的To-t和Tc分别为455和215℃;当x=0.02时,陶瓷的To-t和Tc分别为385和150℃;当x=0.06时,To-t和Tc分别降至370℃和75℃。

（K0.54N0.46）NbO3-LiSbO3无铅压电陶瓷的电学性能与相结构

利用传统的电子陶瓷工艺制备了（1-x）（K0.54Na0.46）NbO3-xLiSbO3[（1-x）KNN-xLS]无铅压电陶瓷，研究了LiSbO3对（KNN-xLS陶瓷的相结构与介电压电性能的影响．研究结果表明，（1-x）KNN-xLS陶瓷的准同型相界位于0．04〈x〈0．06；（1-x）KNN-xLS陶瓷的电学性能强烈地依靠化学成分，在准同型相界附近具有加强的电学性能；（1-x）KNN-xLS0=O．05）陶瓷的室温压电常数达220pC/N，径向机电耦合系数达43％，居里温度为368℃，正交．四方转变温度为90℃，介电常数为l145，介电损耗为2．8％，剩余极化值为26．6p．C/cm^3，矫顽场为13．8kV/cm．因此可以认为，该陶瓷体系是具有应用前景的无铅压电陶瓷材料之一．

NBT-Ba(NbO3)2无铅压电陶瓷的压电介电性能

采用传统陶瓷制备方法，制备了一种新的（Na1／2Bi1／2）TiO3基无铅压电陶瓷（1-x）（Na1/2Bi1／2）TiO3-xBa（NbO3）2（摩尔分数x=0～1．4％）。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。SEM观察结果表明，掺入Ba（NbO3）2促进了长条状晶粒的析出。不同频率下陶瓷材料的介电常数-温度曲线显示该体系材料具有明显的弛豫铁电体特征，且随着Ba（NbO3）x的增加，其弛豫性特征愈明显。检测了不同组成陶瓷的压电性能，发现材料的压电常数d33和平面机电耦合系数女。随着x值的增加先增加后降低，在x=0．6％时，陶瓷的d33=94pC／N，kp=0．171，为所研究组成中的最大值，介电损耗tanδ则随x值的增加而增加。

(1-x)BaTiO3-xAg0.9Li0.1NbO3系无铅压电陶瓷的相结构和电性能研究

采用传统陶瓷工艺制备了（1-x）BaTiO3-xAg0.9Li0.1NbO3（BT-xALN,0.005≤x≤0.04）系陶瓷,研究了ALN含量的变化对BT-xALN系陶瓷的显微结构、相结构和电性能的影响。结果表明,ALN的引入使陶瓷的晶粒尺寸有所减小。当x≤0.02时,BT-xALN陶瓷均形成了纯的钙钛矿相,表明ALN与BT形成了固溶体;当x=0.01~0.02时,陶瓷存在四方-伪立方相界。陶瓷的压电常数d33和介电常数εr随x增加均先增大后减小。d33在x=0.0075时达到最大值115pC/N,εr在x=0.025时达到最大值3 880;但剩余极化强度Pr随x增加逐渐降低。此外,掺入ALN后陶瓷的居里温度有所降低。

表面活性剂辅助溶剂热制备K0.5Na0.5NbO3基陶瓷粉体

采用表面活性剂辅助溶剂热合成K0.5Na0.5NbO3基陶瓷粉体,系统研究了助表面活性剂、表面活性剂以及助表面活性剂辅助表面活性剂对合成粉体结构和形貌的影响。结果表明,添加不同含量异丙醇(IPA)可得到不同结构和形貌的K0.5Na0.5NbO3粉体;表面活性剂使得粉体形貌规则,异丙醇含量一定,随着表面活性剂(SBDS、PEG400)浓度的增加,粉体颗粒形貌变得规则且异丙醇具有细化粉体的作用,相比于SBDS、PEG400使得粉体形貌更加规则;表面活性剂(PEG400)浓度一定,需选择合适的异丙醇含量可获得粒径更小的规则形貌粉体,即PEG400=1 g/L,V(IPA)/V(H2O)=2/3和3/2可得到粒径约300 nm的正方体颗粒。

闪烧法制备La2O3掺杂NaNbO3陶瓷及其介电性能

采用闪烧法制备La2O3掺杂NaNbO3陶瓷(NLN).在施加电场为120 V/cm、140 V/cm、160 V/cm,预设电流密度为70 mA/mm^2,烧结温度为950℃的条件下,保温30 s制备出致密NLN陶瓷.研究了电场强度对闪烧NLN陶瓷样品孕育时间的影响.实验结果表明,随着初始外加电场的提高,闪烧过程中的孕育时间明显下降.对闪烧制备的陶瓷样品进行物相结构分析,结果显示所制备陶瓷均为纯相,无杂相生成.铁电及介电温谱相关测试表明,在室温下Na0.85La0.05NbO3陶瓷样品为反铁电相与铁电相共存,Na0.7La0.1NbO3样品为铁电相与顺电相共存.

Sn掺杂对(K0.5Na0.5)NbO3材料介电和储能性能的影响

随着电力电子系统的集成化及小型化的快速发展,在脉冲功率系统应用中,对介质储能材料的性能提出了更高的要求.(K0.5Na0.5)NbO3(KNN)基储能材料具有高的居里温度(415℃左右),良好的铁电和压电性能,有利于高电场作用下的电能储存.采用传统高温固相烧结制备Sn掺杂的KNN无铅储能介质陶瓷材料,研究锡离子的掺杂量对KNN体系材料结构、介电和储能性能的影响.结果表明:Sn离子的引入有效改善KNN材料的烧结特性,获得了结构均匀、致密的材料.随着Sn离子掺杂量的增加,介电损耗在100 kHz时从0.0903减小到0.0743,当x=0.005时储能密度达到最大值,约为3.2 J/cm^3.

(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％．

(Na_(0．5)K_(0．5))NbO_3基无铅压电陶瓷的研究进展

由于钙钛矿结构无铅压电陶瓷具有高的压电性能,已成为无铅压电陶瓷研究的热点．本文综述了钙钛矿结构无铅压电陶瓷(Na_(0．5)K_(0.5))NbO_3的研究进展和趋势．重点从添加第二组元、添加助烧剂、取代改性和制备方法四个方面,归纳和分析了(Na_(0．5)K_(0．5))NbO_3基无铅压电陶瓷的研究开发进展,并对(Na_(0.5)K_(0．5))NbO_3基无铅压电陶瓷今后的研究和发展提出一些建议．

K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3无铅压电陶瓷的烧结特性

为了制备高性能无铅压电陶瓷,采用固相合成法和水热法合成了(KxNa1-x)NbO3(KNN)无铅压电陶瓷粉体。利用压制成型法在不同压力下成型,对不同粉体的烧结性能进行了对比,研究了粘结剂(PVA)添加量和陶瓷密度之间的关系,测量了用不同电压极化后陶瓷的压电特性,以及介电常数与温度之间的关系。结果表明:与固相合成法相比,水热合成的粉体有更好的烧结性,添加K会降低陶瓷的烧结性,陶瓷的密度对烧结温度非常敏感。1 050℃保温2 h得到的K0.5Na0.5NbO3陶瓷具有较高的压电常数d33(90 pC/N),该陶瓷的居里温度为410℃。

Ag^+掺杂Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3无铅压电陶瓷的无压烧结及性能研究

铅基压电陶瓷在制备、使用及废弃处理过程中都会造成环境污染,随着环保意识的增强,无铅压电陶瓷必将逐步替代铅基压电陶瓷。Na0.5K0.5NbO3是一种很有潜力的无铅压电陶瓷,掺杂各种元素提升Na0.5K0.5NbO3陶瓷的压电性能成为当今研究热点之一。本研究以Ag2O、Na2CO3、K2CO3、Nb2O5为原料,经750℃焙烧分别合成了Na0.5K0.5NbO3和AgNbO3粉料,再经配料、混料与成型,在1060℃埋粉烧结,制备出Ag+掺杂的Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷(xAgNbO3-(1-x)Na0.5K0.5NbO3,ANKN),并在较宽成分范围内(Ag+含量,x=0～50at%)系统研究了Ag+掺杂对ANKN陶瓷性能的影响。XRD结果表明,ANKN陶瓷的主相为钙钛矿型结构,当x>16at%,开始出现K5.75Nb10.85O30杂相,随着Ag掺杂量的增加,杂相的衍射峰增强。电学性能测试结果表明,当x<20at%,随Ag掺杂量的增加ANKN陶瓷的压电常数、介电常数等略有升高;当x>20at%,ANKN陶瓷的各项性能均开始降低;Ag掺加量为x=16at%时ANKN陶瓷性能最佳,压电常数d33达到110pC/N,平面机电耦合系数kp为30%,相对介电常数εr为358,居里温度Tc为300℃。

近紫外激发Sm^(3+)与Sr^(2+),Ba^(2+),Bi^(3+)共掺杂的La_(1/3)NbO^3的发光性质

通过高温固相反应合成了La1/3NbO3∶Sm3+荧光粉.样品的荧光光谱表明,La1/3NbO3∶Sm3+荧光粉最强的激发带在406 nm,对应于Sm3+的6H5/2→4K11/2跃迁,属于近紫外区(365～410 nm).当激发波长为406nm时,样品的最强发射峰位于596 nm,是由Sm3+的4G5/2→6H7/2跃迁而产生的.因此,La1/3NbO3∶Sm3+可以作为基于近紫外激发的白光发光二极管(LED)的红光材料.而且,La位共掺杂Sr2+,Ba2+和Bi3+使样品的荧光强度大大增加,在最佳掺杂浓度时的量子产率分别为5.4%,7.5%和5.3%.

3-氨基-5-巯基-1,2,4-三唑与Ag(I)配位作用的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法研究3-氨基-5-巯基-1,2,4-三唑与Ag(I)的配位特点.计算结果显示,ad-L配体配位能力显著高于中性配体L,其中SN配位模式稳定化能高于中性配体约443.8kJ/mol,且N2模式稳定化能高于中性配体约336.8 kJ/mol;而p-L配体相互作用能和稳定化能均为负值.自然键轨道(NBO)分析显示配体与Ag(I)间存在较强轨道作用.静电势分析发现,L配体最负静电势出现在N1、N2原子周围,因此N1、N2位点更易与Ag(I)配位; ad-L配体静电势为负,因此与Ag(I)作用增强,而质子化的配体p-L静电势为正,因此不易与Ag(I)配位.

含能材料六硝基六氮杂异伍兹烷分子的B3LYP研究

在 B3 LYP/6-3 1 G* *水平上对六硝基六氮杂异伍兹烷 (CL-2 0 )分子进行结构优化、集居数分析、自然键轨道和振动频率计算 ,得到与实验值相符的稳定构型 .根据计算结果 ,讨论了键特性对分子性质的影响 .

水热-溶剂热法合成(K,Na)NbO_3无铅压电陶瓷及其性能测试

通过添加异丙醇利用水热溶剂热法合成了(K,Na)NbO3无铅压电陶瓷粉体.研究了矿化剂浓度、反应物浓度对产物晶相、粒径大小、形貌以及化学组成等的影响.利用X射线衍射仪、傅立叶变换红外吸收光谱以及扫描电子显微镜对所得粉体进行了表征.随后,利用合成的(K,Na)NbO3无铅压电陶瓷粉体,按照传统固相烧结工艺烧制压电陶瓷,并研究了其压电性能.实验结果表明:通过添加异丙醇有机溶剂,可以在矿化剂浓度为2mol/L的条件下合成出纯钙钛矿结构的(K,Na)NbO3粉体.随着反应溶液中K离子含量的增加,产物中离子K的含量也在增加.组成为K0.22Na0.78NbO3样品的压电常数d33高达120 pC/N,与传统固相合成法获得的(K0.5,Na0.5)NbO3常压烧结得到的陶瓷性能相当.由此可预见利用水热溶剂热法合成的(K0.5,Na0.5)NbO3粉体烧结的陶瓷可获得更高的电学性能.

无铅压电陶瓷的研究进展

BaTiO3、Na0.5Bi0.5TiO3和K0.5N0.5NbO3三大体系无铅压电陶瓷因其优异的压电介电性能,尤其是以准同型相界(MPB)多晶型相界(PPB)附近优异的压电性能受到极为深入和广泛的研究。结合近几年相关文献报道,分析和评价了三大体系无铅压电陶瓷的组分设计和相界构建与性能调控的最新研究进展,讨论了离子或化合物掺杂改性、制备工艺以及压电性能与微观结构之间的关系等关键科学和技术问题。分析并展望了体系构建、新制备工艺以及相关理论在无铅压电陶瓷研究领域的研究前景。

MgO掺杂LKNN无铅压电陶瓷的致密化烧结

本文采用传统烧结法成功制备了MgO掺杂的Li0.06(K0.5Na0.5)0.94NbO3+xMgO(LKNNMx)陶瓷,研究了烧结温度和MgO掺杂量对LKNNMx陶瓷结构与性能的影响。结果表明:MgO掺杂有效地促进了陶瓷的烧结,随MgO掺杂量的增加,LKNNMx陶瓷的致密化烧结温度大幅度降低。当MgO掺杂量为0.1%时,在1060℃烧结制备的陶瓷样品,其相对密度达到90%;当MgO掺杂量增加到1.5%时,在1000℃烧结制备的陶瓷样品,其相对密度高于92%,并保持了较好的压电性能。