铌铁酸铅陶瓷介电常数的温度与频率特性

本工作在室温至大约３００℃，５Ｈｚ～１３ＭＨｚ，测量了铌铁酸铅陶瓷的介电常数．发现在ε～Ｔ曲线上除１１０℃附近的峰外，在较高的温度还有另一个峰．这后一个介电峰用体性质与表面性质不同给予了定性的解释．

铌铁酸铅-钛酸铅铁电陶瓷的结构相变

通过钨锰铁矿预合成法制备了铌铁酸铅-钛酸铅(1-x)Pb(Fe1/2Nb1/2)O3-xPbTiO3(PFN-PT)铁电陶瓷。X-ray衍射(XRD)测量和密度测试表明,1 150℃烧结2.5 h制备的PFN-PT陶瓷呈现纯钙钛矿结构和较高的致密度。随着PbTiO3(PT)质量含量的增加,PFN-PT的晶体结构从三方相向四方相转变,伴随着晶胞体积的减小和钙钛矿结构四方性因子(c/a)的增大。PFN-PT陶瓷呈现明显的介电频率色散现象,随着PT含量的增加,介电常数最大值温度Tm/TC升高,介电响应从弥散、宽化的介电峰变得相对尖锐,介电损耗减小,频率色散现象减弱。MnO2掺杂有效地改善了PFN-PT陶瓷的介电性能。w=0.25%MnO2掺杂的0.66PFN-0.34PT陶瓷100 kHz的最大介电常数εm为13 254,室温介电损耗tanδ为0.003 63,饱和极化强度Ps为6.18μC/cm2,矫顽场Ec为1.1 kV/mm,压电应变常量d33为98pC/N。

共沉淀法制备铌铁酸铅超细粉体

用络合法将Nb2O5转化成可溶性的铌盐,作为铌源,用共沉淀法合成了超细钙钛矿相Pb(Fe1/2Nb1/2)O3粉体。实验中以氨水作为沉淀剂,通过调节溶液的pH值,使铌、铁、铅等金属元素同时以氢氧化物的形式析出。X射线衍射表明:前驱体经400°C的低温煅烧已经出现钙钛矿相;当煅烧温度提高至800°C时,前驱体全部转化为钙钛矿相。扫描电镜观察表明:其颗粒形状呈立方体,尺寸为300～500nm。

铌铁酸铅PFN的结构无序及介电相变特性

运用高分辨透的电镜显微技术观察到ＰＦＮ中Ｂ位离子呈无序排列，不易形成有序结构。在性能上，ＰＦＮ的介电常数ε和介电损耗ｔｇδ均很大，相变扩散度小；相变时的介电行为、热容和热膨胀的变化比较特殊。

熔盐合成法制备铌铁酸铅粉末

用熔盐法制得纯的、单相的、符合化学计量性的铌铁酸铅粉末。确定了获得最佳结果所需反应条件。通过X光衍射仪鉴定相结构,扫描电镜和透射电镜观察形态,表明所得粉末粒度细,分布较仄,形状为球状或等轴型,无硬团聚。对粉末在熔盐中的生成机理和形态进行了讨论。

前驱体制备途径对PFN-PMN二元铅基铁电陶瓷性能的影响

综合运用 ＸＲＤ、ＳＥＭ、ＴＥＭ、ＥＤＳ和介电测量等方法，考察了一步预煅烧法和二步预煅烧法等前驱体制备途径对Ｐｂ（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３（ＰＦＮ）－Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３（ＰＭＮ）二元系铁电陶瓷显微结构和介电性能的影响．研究结果表明，对（１－Ｘ）ＰＦＮ－ＸＰＭＮ二元系而言，在所考查的组成范围内（Ｘ＝０～０.５）；其居里温度与ＰＭＮ的含量近似成线性关系，且随Ｘ的增加，居里温度向低温方向移动.峰值介电常数随Ｘ的增加而降低．（预）煅烧和烧结条件对显微结构和介电性能都有不可忽视的影响．对用一步预煅烧法和二步预煅烧法得到的样品的介电性能和其他性能进行了比较，并对其差异产生的可能机制进行了讨论．

高居里温度铁电体0.20Pb(Fe_(1/2)Nb_(1/2))O_3-0.32PbZrO_3-0.48PbTiO_3的性能

用传统的陶瓷工艺、通过B位氧化物预合成法制备了高质量、钙钛矿结构的0.20Pb(Fe1/2Nb1/2)O3-0.32PbZrO3-0.48PbTiO3(PFN20-PZ32-PT48)铁电陶瓷,该条件下制备的铁电陶瓷呈现相当均匀的微结构和良好的电学性能。PFN20-PZ32-PT48具有较大的室温介电常数(~410)、高的居里温度(TC,~350℃),在295K<T<525K温度区间,具有较小的介电常数温度梯度/εT=2.8/℃,并且介电常数与频率无关,特别适合高温电容器工业的应用。虽然PFN20-PZ32-PT48呈现较为典型的一级铁电相变,其介电性能在顺电相区呈现明显的频率色散现象,并伴随着介电常数和损耗的反常增加。该反常现象的产生可能与陶瓷烧结过程中Fe3+被部分还原成Fe2+离子所诱导产生的热激发的空穴导电机制有关。PFN20-PZ32-PT48的剩余极化(Pr)与频率的关系可以很好地用随机场模型模拟,表明其弛豫行为的产生与短程化学有序所诱导产生的极性簇和/或纳米尺寸的非均匀性有关。

B位氧化物预合成法制备(1-x)Pb(Fe_(1/4)Sc_(1/4)Nb_(1/2))O_3-xPbTiO_3铁电陶瓷及其性能研究

利用传统的陶瓷工艺、通过B位氧化物预合成法制备了高质量、钙钛矿结构的(1-x)Pb(Fe1/4Sc1/4Nb1/2)O3-xPbTiO3(PFSN-PT)铁电陶瓷。结构测定和性能测试表明,1180℃烧结2h制备的PFSN-PT陶瓷呈现相当均匀的显微结构和良好的电学性能,同时具有较高的致密度(约95%),只有PbTiO3(PT)物质的量分数为40%、60%的陶瓷致密度略低(约91%)。随着PT含量的增加,PFSN-PT从三方相结构转变为四方相结构,并伴随着晶胞体积的减小(从PFSN的6.6676×10-2nm3下降到0.2PFSN-0.8PT的6.3555×10-2nm3)和钙钛矿结构四方性的增大(从0.6PFSN-0.4PT的1.0242增加到0.2PFSN-0.8PT的1.0488)。PFSN-PT陶瓷的介电常数最大值(εm)及其峰值温度(Tm)也随着PT含量的增加呈线性增大。介电性能测试和热滞行为研究表明,随着PT含量的增加,PFSN-PT的铁电-顺电相变从弛豫铁电体的弥散型铁电相变向正常铁电体的一级铁电相变转变。

铁电磁体Pb(Fe_(1/2)Nb_(1/2))O_3单晶高温熔液法生长及其结构特征研究

采用高温溶液晶体生长法,选择PbO为助熔剂,以缓慢冷却法获得过饱和度并施以温度振荡,生长出典型尺寸为3mm×3mm×3mm的铁电磁体Pb(Fe1/2Nb1/2)O3单晶。用变温X射线衍射和变温Raman光谱研究了Pb(Fe1/2Nb1/2)O3单晶的结构对称性。结果表明:Pb(Fe1/2Nb1/2)O3在实验的最低温度80K到铁电相变温度383K之间均为菱面体结构。在反铁磁相变温度Nel点以上,Pb(Fe1/2Nb1/2)O3体对角线逐渐变短,而在该温度以下,其结构没有变化。在测量的温度20～200K范围内,Raman光谱的峰位不随温度变化,说明其结构在该温度范围内没有明显变化。实验结果将有利于进一步研究铁电磁体的形成机制。

铌铁酸锶-钛酸铅铁电固溶体的合成与性能研究

通过铌铁矿预合成法制备了(1-x)Sr(Fe1/2Nb1/2)O3-xPbTiO3(SFN-PT)铁电陶瓷。XRD测量表明,合成的SFN-PT陶瓷为纯钙钛矿结构。随着PbTiO3(PT)摩尔分数的增加,SFN-PT陶瓷的晶体结构从三方相向四方相转变,其介电响应也从弥散的宽峰变得比较尖锐,并伴随着介电常数峰值温度(Tm)的升高。少量的MnO2或Li2CO3掺杂能有效地降低SFN-PT陶瓷的介电损耗。SFN-PT陶瓷呈现典型的P-E电滞回线,但是剩余极化强度较小,少量的MnO2或Li2CO3掺杂能明显地降低矫顽场、增大剩余极化强度。SFN-PT陶瓷的压电应变常量d33较小,随着组分的不同,d值在10～22pC/N之间变化。

Ba^(2+)、Cu^(2+)、W^(6+)对PFN瓷的固溶和介电性能的影响

通过Ba^(2+)、Cu^(2+)、W^(6+)离子对PFN的A位或B位取代,研究了BCW在PFN—BCW二元系中的作用。Ba^(2+)离子的A位取代能显著降低系统的Tc,且展峰作用明显。少量Cu^(2+)离子的添加能显著降低PFN的烧结温度。Cu_(2+)、W^(6+)离子的复合B位取代能提高Cu^(2+)在PFN中的固溶量,减少焦绿石相的形成,有利于系统的低温烧结和改性。

钡铜钨离子在PFN-BCW系瓷料中的作用

通过Ba^(2+)、Cu^(2+)、W^(6+)离子对PFN的A位或B位取代试验,研究了BCW在PFN-BCW二元系中的作用。Ba^(2+)离子的A位取代能显著降低系统的Tc,且展峰作用明显。少量Cu^(2+)离子的添加能显著降低PFN的烧结温度。Cu^(2+)、W^(6+)离子的复合B位取代能提高Cu^(2+)在PFN中的固溶量,减少焦绿石相的形成,有利于系统的低温烧结和改性。

四方铁电体PbFe_(0.5)Nb_(0.5)O_3精细结构的第一性原理研究

采用全电势线性缀加平面波法 (FPLAPW) ,计算了PbFe0 .5Nb0 .5O3的总能量 ,从而确定了它的四方铁电稳态结构 ,即B位离子 (Fe和Nb)在四方铁电相的平衡构型 .计算结果表明 ,Fe相对于氧八面体沿 [0 0 1]方向的位移为0 .0 2 2nm ,而Nb的偏心位移为 0 .0 0 2 0nm 。