锰锑酸铅-锌铌酸铅-锆钛酸铅陶瓷的压电性能

以同时位于准同型相界的Pb(Mn1/3Sb2/3)0.05(Zr1/2Ti1/2)0.95O3(PMnS PZT)与Pb(Zn1/3Nb2/3)0.28(Zr1/2Ti1/2)0.72O3(PZN PZT)组合而成的xPb(Mn1/3Sb2/3)0.05(Zr1/2Ti1/2)0.95O3(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)0.28(Zr1/2Ti1/2)0.72O3[xPMnS(1-x)PZN]四元系压电陶瓷为研究对象,研究了PZN和PMnS含量的变化对xPMnS(1-x)PZN材料结构与性能的影响,制备了具有高性能的四元系xPMnS(1-x)PZN陶瓷材料。结果表明性能最好的组成位于准同型相界附近靠近四方相含量较高的区域。Ba2+,Sr2+取代显著提高了材料的压电性能,Ba2+取代0.5PMnS0.5PZN的性能为压电系数d33=406pC/N,机电耦合系数kp=0.55,介电常数ε3T3/ε0=2183,机械品质因数Qm=1077和介电损耗tanδ=2.7%;Sr2+取代0.6PMnS0.4PZN的性能为d33=438pC/N,kp=0.55,ε3T3/ε0=2701,Qm=1073和tanδ=3.3%。

锰锑酸铅-锌铌酸铅-锆钛酸铅陶瓷的铁电性能

通过电滞回线测试,探讨了xPb(Mn1/3Sb2/3)0.05(Zr1/2Ti1/2)0.95O3(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)0.28(Zr1/2Ti1/2)0.72O3[xPMnS-(1-x)PZN]陶瓷的铁电性能及铁电相变特性。同时研究了Ba2+取代Pb2+对材料铁电性能的影响。结果表明:三方相含量较高的0.2PMnS-0.8PZN陶瓷具有较高的矫顽场和较大的剩余极化强度;四方相含量较高的0.5PMnS-0.5PZN和0.6PMnS-0.4PZN陶瓷具有较低的矫顽场和较小的剩余极化强度,Ba2+取代使三方相含量增加,铁电性能明显提高。

铌镁(锌)酸铅-钛酸铅弛豫铁电单晶研究进展

在最近十几年中,新型弛豫型铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅和铌锌酸铅-钛酸铅受到了广泛的关注。这是由于这种新型的弛豫型铁电单晶和传统的压电材料相比较,在准同型相界附近表现出良好的压电、介电与电致伸缩性能。文章介绍了铌镁(锌)酸铅-钛酸铅系列单晶的基本性质,国内外在该晶体制备及晶体性能相关领域的研究进展。

高内偏置电场铌锰-锆钛酸铅压电陶瓷的制备

传统PZT-4系列材料内偏置电场(E_(i)=400~500V/mm)较低,不利于实际应用。为了改善其E_(i),文章采用工业级化工原料,通过传统固相法制备了铌锰-锆钛酸铅(0.04Pb(Mn_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-0.96Pb(Zr_(0.51)Ti_(0.49))O_(3)+0.15wt%CaCO_(3)+0.13wt%Fe_(2)O_(3)+xwt%CeO_(2),x=0~0.8,x%Ce-PMN-PZT)压电陶瓷,研究了稀土元素Ce掺杂对于该体系压电陶瓷结构及性能的影响。结果表明,该体系在x=0~0.8的范围内,具有纯的钙钛矿结构。当x=0.4时,体系具有最佳综合电学性能,此时ε_(r)=1550,k_(p)=0.567,d_(33)=360pC/N,tanδ=0.316%,Q_(m)=793,T_(c)=347℃,在E=3000V/mm下的电滞回线测试结果显示,其E_(c)=1615V/mm,E_(i)=709V/mm,该组分压电陶瓷具备传统P4材料常规电学性能的同时还拥有高内偏置电场,在功率型发射压电陶瓷领域具有很高的应用潜力。

制备工艺对铌锑-锆钛酸铅系压电陶瓷性能的影响

由Nb5+,Sb3+置换锆钛酸铅的B位离子,制备了用作大功率水声换能器材料的铌锑-锆钛酸铅系压电陶瓷。采用固相法合成了0.02Pb(Sb1/2Nb1/2)O3-0.98PbZr1-xTixO3(x=0.44～0.49)粉体。通过X射线衍射及扫描电镜分析,研究了不同锆钛比和烧结温度对陶瓷的相组成、显微结构和介电、压电性能的影响。结果表明:当合成温度为900℃时,获得的粉体的主晶相为钙钛矿结构。当Zr/Ti摩尔比为51/47,烧结温度为1230℃时,各项性能达到最佳值,介电常数εT33/ε0为1945,介电损耗tanδ为0.019,压电常数d33为425pC/N,机电耦合系数Kp为0.65,Curie温度θC为352℃。铌锑-锆钛酸铅系压电陶瓷的烧结温度范围宽,具有较强的工艺操作性且θC高。

0-3型压电陶瓷/硫铝酸盐水泥复合材料的介电性能和压电性能

用压制成型法,以水泥为基体,铌镁锆钛酸铅(leadmagnesiumniobateleadzirconateleadtitanate,PMN)陶瓷颗粒为功能体制备了水泥基压电复合材料。分析讨论了复合材料的压电性能和介电性能。研究了水泥水化龄期对复合材料压电性能的影响,并对其机理进行了初探。结果表明:随着PMN含量的增加,压电复合材料的压电应变常数d33和介电常数均增大;不像压电陶瓷或压电复合材料的压电性能随时间的延长而减弱,水泥基压电复合材料的压电性则是随着水泥水化龄期的延长而增加,当到达一定龄期后,压电性能趋于稳定。

五元系PZN-PSN-PMS-PZT压电陶瓷的研究

对PZN-PSN-PMS-PZT五元系压电陶瓷的烧结温度(1200～1280°C)、Zr/Ti与性能的关系以及部分Sr2+、Ba2+取代Pb2+对材料性能的影响进行了研究。实验结果表明:当Zr/Ti=0.455/0.435,掺Sr2+、Ba2+(摩尔分数均为2%)时,在1260°C,2h条件下烧结,样品的品质因数Qm为1671;介电常数εTr3为1294;压电常数d33为285pC·N-1;介质损耗tanδ为0.004;机电耦合系数kp为0.522;居里温度TC为295°C;矫顽场强Ec为19kV·cm-1,显示出该五元系具有很大的应用价值和发展潜力。

PZT-PMN-BF高活性粉体及压电变压器的制备

以柠檬酸和乙二胺四乙酸为螯合剂,乙二醇为溶剂,通过溶胶凝胶法制备了一种满足压电变压器应用要求的0.9Pb(Zr0.53Ti0.47)O30.04Pb(Mn1/3Nb2/3)O30.06BiFeO3四元系压电陶瓷前驱体粉体。该粉体经650℃煅烧后呈钙钛矿结构,瓷体在1 020℃的低温下实现了致密烧结,材料的主要参数为:d31=-98.94×10-12C/N,d33=242×10-12C/N,K33=0.639,K31=0.303,Kp=0.535,Qm=1 880,能满足压电变压器的要求。开发的Rosen型压电陶瓷变压器使用100 MΩ负载在5 V的低电压驱动下,升压比能达到950倍以上。

溶胶-凝胶法制备LaNiO_3薄膜及其电学性能研究

采用溶胶-凝胶法在SiO2/Si衬底上制备了LaNiO3薄膜,并通过改变退火温度和薄膜厚度对其微结构和电学性能进行了表征测试。X射线衍射(XRD)和电阻率测试结果表明,随着退火温度和厚度的增加,LaNiO3薄膜的结晶质量明显提高,薄膜电阻率也逐渐下降。当退火温度为800℃时,厚度为630nm的LaNiO3薄膜电阻率最小,达到了1.37mΩ·cm。此外,利用LaNiO3薄膜作为下电极制备的2%Nb-Pb(Zr0.6Ti0.4)O3薄膜呈良好的钙钛矿相结构,且经过1010铁电循环测试周期以后,2%Nb-Pb(Zr0.6Ti0.4)O3薄膜的铁电性能未出现明显下降,表明该LaNiO3薄膜是生长PNZT铁电薄膜的优良下电极材料。

0.91Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3)O_3-0.09PbTi0_3的析晶行为及助溶剂法生长

研究了0.91Pb(znl/3Nb2/3)O3-0.09PbTiO3(PZNT91/9,摩尔分数)在不同组分和配比熔盐中的析晶行为及其对晶体生长的影响。发现B2O3,PbF2等助溶剂不利于钙钛矿相的析出;而BaTiO3-PbO复合体系虽然能够促进钙钛矿相析出,但晶体析出量很少;只有适当比例的。PbO助溶剂比较适合于生长具有铁电性的钙钛矿相PZNT91/9单晶。助溶剂法生长的工艺参数为:溶质与PbO助溶剂的摩尔比为l:l,泡料温度1 150-1 200℃,泡料时间10 h,晶体生长时降温速度0.8-2℃/h,当温度降到900℃时停止生长,以50℃/h快速冷却至室温。所得晶体为琥珀色,最大尺寸达φ30 mm×15 mm,其压电系数和机电偶合系数分别为2000 pc/N和0.92。

Nb_2O_5掺杂对Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbZrO_3-PbTiO_3陶瓷组织与性能的影响

采用固相烧结法制备Nb2O5掺杂的Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-PbZrO3-PbTiO3＋0.5mol%ZnO（PMN-PZT）压电陶瓷,研究了不同Nb2O5掺杂量对材料结构及压电介电性能的影响。实验结果表明,随着Nb2O5掺杂量的增加（0～1mol%）,PMN-PZT陶瓷的晶界强度提高,断裂模式由沿晶断裂逐渐转变为穿晶断裂,而且陶瓷的压电介电性能升高。当Nb2O5掺杂量为1mol%时,1250℃烧结的陶瓷样品性能参数为：d33=430 pC/N,Qm=60,kp=0.52,kt=0.38,εr=3620,tanδ=0.017。

PZN-PT晶体熔剂生长的相关系及生长形态

从S .Nomura开始研究铌锌酸铅 钛酸铅固溶体赝二元 (PZN PT)体系 ,查明了斜方 四方准同型相界处在PZN( 90 .5 %～ 91 % ) PT( 9.5 %～ 9% )的组成区域。并且发现在晶体生长中经常出现钙钛矿和烧绿石两相共存。由于在准同型相界附近钙钛矿相PZN PT晶体表现出异常的介电、压电性能而引起人们的兴趣。本文报道了各种熔剂生长条件下PZN PT晶体析出的相关系和各相的生长形态特征。实验选择了PbO ,PbO +PbF2 ,PbO +B2 O3 ,PbO +PbF2 +B2 O3 及PbO +BaTiO3 为熔剂。在该固溶体陶瓷制备中发现BaTiO3 可抑制烧绿石的生成。各种熔剂条件下均采用相同的熔化( 1 1 5 0℃ ) 泡料 ( 1 0h) 缓冷 ( 1℃ /h)条件。对PbO ,PbO +BaTiO3 熔剂来说 ,析出钙钛矿相PZN PT晶体 ,有少量烧绿石相伴生。而对PbO +PbF2 ,PbO +B2 O3 及PbO +PbF2 +B2 O3 而言 ,析出烧绿石相晶体。PZN PT晶体的两相容易从X射线粉末衍射图上区别。钙钛矿相X射线衍射特征峰D值为 2 .86 1 ,2 .0 2 6 ,1 .6 5 2 (该相随组成变化D值波动± 0 .0 1 ) ,而烧绿石相特征峰的D值为 3.0 5 3,1 .86 8,1 .5 94。两相晶体的颜色及生长形态区别更为明显。钙钛矿相的PZN PT晶体为琥珀色或淡黄色 ,多为箭头状生长形 ,也出现近立方生长形。显露面以 ( 0 0 1 )和 ( 1

成型工艺对PMN-PMS-PZT热释电陶瓷性能的影响

采用干压、冷等静压和凝胶注模等不同成型工艺制备铌锰酸铅-锑锰酸铅-锆钛酸铅（PMN—PMS-PZT）陶瓷，并进行对比研究。实验结果表明，冷等静压成型的陶瓷综合性能较好，其具有均匀紧凑的晶粒结构，可得到较高的成瓷密度；使材料的介电常数εr，和介电损耗tanδ降低，在保持较高热释电系数p的同时降低低温铁电三方相-高温铁电三方相（FRL—FRH）的相变温度，并使热释电系数峰值得到稳定。其最佳性能为室温时，εr=216，tanδ=0．20％，p=12．0×10^-4C／m^2·℃（持续温区为23-55℃），探测率优值FD=24．6×10^-5Pa^-1/2。

铌掺杂锆钛酸铅薄膜的制备及其用于微机电系统的机电特性

采用溶胶-凝胶法在LaNiO_3/Si衬底上制备了Nb_(0.02)-Pb(Zr_(0.6)Ti_(0.4))O_3(PNZT)薄膜及其驱动的微机电系统(MEMS)技术制作的微悬臂梁器件,研究了PNZT薄膜结构和电学性能以及悬臂梁器件的机电特性。结果表明:该PNZT薄膜具有随机取向的钙钛矿相结构,铁电剩余极化强度和矫顽场分别约为20mC/cm^2和27 kV/cm。通过压电响应力显微镜(PFM)和MEMS悬臂梁振动测试,计算得出PNZT薄膜的纵向压电系数d_(33)和横向压电系数d_(31)分别约为70 pm/V和90 pm/V,与已报道的外延生长PZT薄膜d_(33)和d_(31)值相当。同时MEMS悬臂梁在大气压下也表现出较小的机械损耗,一阶谐振时的机械品质因数Q值达到了122。表明该PNZT薄膜未来在高性能铁电和压电MEMS器件领域具有广泛的应用前景。

微波烧结法制备Fe_2O_3掺杂0.55PNN-0.45PZT压电陶瓷及性能

微波烧结是一种新型、高效的陶瓷烧结工艺,具有升温速度快、节能省时、改善微观结构、降低烧结温度等特点。本文采用微波烧结工艺制备了Fe2O3掺杂的0.55Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-0.45Pb(Zr0.3Ti0.7)O3(简写为0.55PNN-0.45PZT)压电陶瓷,烧结温度为1200℃、保温时间为2h。利用X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、阻抗分析仪及铁电分析仪等测试表征方法,研究了Fe2O3掺杂对陶瓷的结构、介电以及压电性能的影响。结果表明,所有陶瓷样品均为钙钛矿结构,随着Fe2O3掺杂量的增加,压电和介电性能呈先增加后减小趋势。当Fe2O3掺杂量为0.8%(质量分数)时,陶瓷达到最优电学性能:压电常数d33、平面机电耦合系数kp、相对介电常数εr和介电损耗tanδ分别为d33=520pC/N,kp=0.51,εr=4768,tanδ=0.026。

弛豫铁电晶体PZNT生长的几个关键问题

新型弛豫铁电晶体 (1-x)Pb(Zn1 /3Nb2 /3)O3xPbTiO3(PZNT)是一种复合钙钛矿结构的固溶体晶体 ,具有比传统压电陶瓷PZT远为优越的压电性能 ,在医用超声成像、声纳、微位移器等方面有着广阔的应用前景。由于该晶体组成复杂 ,熔体析晶时存在钙钛矿与焦绿石两相的竞争 ,且PbO组分对Pt坩埚和籽晶均能产生腐蚀 ,采用提拉法等传统生长工艺很难获得钙钛矿结构的实用化的PZNT晶体。目前普遍采用助熔剂来抑制焦绿石相的生成 ,并且在传统生长工艺的基础上发展了多种改进工艺。结合作者实验室近几年来在PZNT晶体生长方面的研究结果和实践经验 ,讨论了助熔剂及其配比的选择、生长技术的发展、工艺参数与晶体性能优化等关键技术问题。

低频窄带压电陶瓷滤波器材料的研究

采用传统的压电陶瓷制备方法,研究锆钛比(r(Zr/Ti)、掺杂、烧成工艺对低频窄带Pb(Zn1/3Nb2/3)x(Sn1/3Nb2/3)yTiAZrBO3四元系压电陶瓷性能的影响,并研究压电振子的杂波抑制方法。结果表明,r(Zr/Ti)为0.71,w(MnO2)=0.5%时,材料的性能达到最佳:机械品质因数Qm=2 600,机电耦合系数k15=0.43,频率温度系数τf=29×10-6/℃;倒去振子两对角的棱角,可以有效地抑制低频厚度切变振动模式的杂波。

MgO掺杂对PMMN四元系压电陶瓷结构与性能的影响

采用固相烧结法制备添加过量MgO的铌镁-铌锰-锆钛酸铅(PMMN)四元系压电陶瓷材料,研究了不同MgO掺杂量对材料结构及压电介电性能的影响。实验结果表明,适量MgO掺杂,不仅不改变PMMN压电陶瓷的钙钛矿相结构,且能提高合成粉体的晶化程度,降低陶瓷的烧结温度,改善材料的压电介电性能。当MgO掺杂量为0.25%质量分数,1130℃烧结的样品性能参数为:d33=310 pC/N,Qm=1008,kp=0.61,tanδ=0.34%,ε33T/ε0=1494,是一种中温烧结功率型压电陶瓷材料,适用于多层压电变压器,超声马达等器件。

一步合成法制备高灵敏度0.1PZN-0.12PNN-0.78PZT压电陶瓷

常用的软性接收型压电陶瓷材料压电性能良好,但灵敏度较低(g_(31)=6×10^(-3)V·m/N~9×10^(-3)V·m/N),不利于在水听器领域的应用。为了获得适用于工业生产的高灵敏度压电陶瓷材料,文章采用工业级化工原料通过一步合成法制备了铌锌-铌镍-锆钛酸铅(0.1 Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-0.12 Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-0.78 Pb(Zr_(1-x)Ti_(x))O_(3),x=0.475~0.51)压电陶瓷,研究了锆含量x变化对于该体系压电陶瓷微观形貌及电学性能的影响。结果表明,该体系在x=0.485时,具有最佳综合电学性能,此时ε_(r)=2 330,k_(p)=0.673,d_(33)=575 p C/N,tanδ=1.7%,Q_(m)=71,T_(c)=307℃,E_(c)=1 091 V/mm,但接收灵敏度(g_(31)=7.891×10^(-3)V·m/N)与常规软性材料无太大差异;当x=0.50时,该体系具有最高的灵敏度(g_(31)=10.875×10^(-3)V·m/N)以及较高的综合电学性能,此时ε_(r)=885,k_(p)=0.625,d_(33)=334 p C/N,tanδ=1.84%,Q_(m)=100,T_(c)=293℃,E_(c)=795 V/mm,该组分在水听器领域具有很高的应用潜力。

一种压电单晶矢量水听器的性能建模与分析

针对加速度型矢量水听器在低频段灵敏度偏低问题,根据铌锌酸铅-钛酸铅(PZN-PT)压电单晶的性能特点,设计了一种双悬臂梁结构压电单晶矢量水听器。建立了有限元模型,对矢量水听器的振动模态和接收性能进行了仿真计算,重点分析了几个主要材料和尺寸参数对水听器自由场灵敏度的影响。理论计算表明,采用压电单晶PZN-PT的矢量水听器经优化后其灵敏度可达-190dB@250Hz,与压电陶瓷PZT-5A的水听器相比,灵敏度提升了15dB以上。