ZnNb_(2)O_(6)掺杂BNT基无铅弛豫铁电体陶瓷的性能研究

利用传统固相法制备了0.7(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_(3)-0.3(Sr_(0.7)Bi_(0.2))TiO_(3)-xZnNb_(2)O_(6)(缩写为BNT-SBT-xZN,其中x=0.5%、1.0%、1.5%和2.0%(摩尔分数))陶瓷,并研究了引入ZnNb2O6对BNT基陶瓷材料的结构和性能的影响规律。结果表明:少量ZnNb_(2)O_(6)掺杂(x=0.5%时)的BNT-SBT-xZN陶瓷具有纯的钙钛矿结构,且微观结构致密,无第二相,在室温时为典型的弛豫铁电体(弥散指数γ>1.7),极化前后样品的铁电-弛豫转变温度(TR-E)均低于室温,而与三方相R3c和四方相P4bm的纳米极性微区(PNRs)热弛豫有关的介电反常出现在TR-E<100℃;当ZnNb_(2)O_(6)含量增多时,遍历弛豫态逐渐起主导作用,最大极化强度(Pmax)和剩余极化强度(Pr)均出现减小趋势。综合来看,x=0.5%的BNT-SBT-xZN陶瓷具有高的Pmax、低的Pr、大的ΔP,并具备良好的储能特性及频率和温度稳定性,在室温电场强度为110 kV/cm时,Pmax=44.7μC/cm^(2),Pr=12.4μC/cm^(2),ΔP=32.3μC/cm^(2),储能密度W1=1.066 J/cm^(3),储能效率η=48.68%。此外,x=0.5%的BNT-SBT-xZN陶瓷在100 kV/cm的电场强度下充放电性能良好,放电能量密度Wd=0.60 J/cm^(3),最大放电电流Imax=45.33 A,电流密度CD=1443 A/cm^(2),功率密度PD=72.2 MW/cm^(3)。

(Sr_(0.7)Bi_(0.2))TiO_3取代BNT基无铅陶瓷的相变及储能特性

采用弛豫铁电体(Sr_(0.7)Bi_(0.2))TiO_3与铁电体(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3构建了的新型二元系BNT基无铅陶瓷材料:(1-x)(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3-x(Sr_(0.7)Bi_(0.2))TiO_3(记为BNT-xSBT,x=10mol%、20mol%、30mol%和40mol%)。通过传统固相法进行制备,研究了(Sr_(0.7)Bi_(0.2))TiO_3取代对其结构、相变、铁电性能和储能特性的影响。结果表明,室温所测BNTxSBT陶瓷为准立方结构;介温和铁电性则证实其为极性三方和非极性四方共存相结构。A位复合占位的BNTxSBT陶瓷是典型的弛豫铁电体,其T_m随x的增大而减小。低温(T_d)处的介电反常源于结构(三方和四方)起伏所引起的缓慢转变过程。(Sr_(0.7)Bi_(0.2))TiO_3取代量增大时,其Td降低,四方相增多,并伴随非极性微区增长;并导致BNT-xSBT陶瓷的铁电性减弱和电滞回线变形。x=30mol%时,BNT-xSBT陶瓷具有大的P_(max)=26.8μC/cm^2、小的Pr=1.4μC/cm^2,和较好的储能特性:W=0.74 J/cm^3,η=68.5%(@70 kV/cm)。

Sb5+取代BNT基弛豫铁电体的性能研究

利用传统固相法制备了0.6[(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xNaSbO3]-0.4(Sr0.7Bi0.2)TiO3陶瓷材料(缩写为BNT-NSO-SBT-x),其中x=0.04 mol,0.06 mol,0.08 mol和0.1 mol。研究了引入第三组元NaSbO3后对BNT-NSO-SBT-x陶瓷相结构、介电和铁电性能以及储能特性的影响。Sb^5+对相结构并未造成显著影响,BNT-NSO-SBT-x陶瓷在室温具有三方和四方共存相。BNT-NSO-SBT-x陶瓷为呈现典型弥散特征的弛豫铁电体(γ~2),这源于A、B位离子复合占位而引起的成分不均一,以及三方和四方PNRs共存造成的结构不均一。Sb^5+取代量增大时,Tp和Tm逐渐靠近;由于Tp(<80℃)靠近室温,引起弱极性四方相PNRs增多,使得陶瓷的铁电性能恶化,但却有利于提高储能特性。x=0.06时BNT-NSO-SBT-x陶瓷的储能较优,W1=0.227 J/cm^3,η=76.2%(E=40 kV/cm,f=10 Hz)。

Hf^(4+)离子掺杂BNT对电卡性能的影响

该文采用传统固相合成法制备了Bi_(0.5)Na_(0.5)Ti_((1-x))Hf_(x)O_(3)(x=0,0.02,0.04和0.06)陶瓷,通过X线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了其相结构、微观表面,并研究了其介电性能、铁电性能及比热容与相变的关系。通过构建电场和温度的条件,共同调控铁电相变。再借助麦克斯韦方程,通过间接法计算,最终在50℃、70 kV/cm的电场下,在Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_(3)-0.04Hf陶瓷中通过诱导畴变得到了0.5 K的负电卡效应。