微波辅助sol-gel法合成Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_(3)粉体及其压电性能研究

采用微波辅助溶胶-凝胶(sol-gel)法制备Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_(3)(BNT)粉体,通过DSC/TG,XRD,SEM,FT-IR等表征方法,分析BNT的反应历程,煅烧温度对BNT成分、晶粒尺寸和压电性能的影响.结果表明,当微波煅烧温度为650℃时,可合成出高纯度BNT粉体(30~120 nm),其居里温度为394℃,d_(33)=7.5 pC/N,ε_(r)=535.58,tanδ=0.29.对比传统马弗炉煅烧sol-gel法,微波辅助sol-gel法有利于提高BNT的介电性能和居里温度,降低介质损耗.

B位Fe^(3+)掺杂Na_(0.5)Bi_(0.49)TiO_(3)陶瓷的电导性能

采用固相合成法制备了x=0,0.02,0.04和0.06的Na_(0.5)Bi_(0.49)Ti_(1-x)Fe_(x)O_(3-δ)(NBT)粉末材料,经压制成型并在1000~1150℃烧结制备了片状陶瓷样品。通过XRD,SEM和EIS测试研究了Fe^(3+)掺杂量x对NBT陶瓷性能的影响。结果表明,NBT材料在掺杂Fe^(3+)后出现了新相NaBiTi_(6)O_(14),且含量随x的增加而变多。材料在掺杂后的烧结温度降低了100~150℃,同时材料的晶粒变得细小。在300~700℃测试温度范围内,x=0.02,0.04和0.06的样品的电导率在相同温度下都处于同一数量级,相对于x=0的样品的电导率提升了约1000倍。x=0.04的样品具有最高的电导率,在600℃和700℃的测试温度下,电导率分别达到9.8 mS/cm和17.0 mS/cm。

Na_(0.5)Bi_(8.5)Ti_(7-x)Mn_(x)O_(27)铋层状陶瓷的结构与电性能研究

采用固相法制备了Na_(0.5)Bi_(8.5)Ti_(7-x)Mn_(x)O_(27)(0≤x≤0.1)共生结构的铋层状陶瓷材料,通过Mn离子调控Na_(0.5)Bi_(8.5)Ti_(7-x)Mn_(x)O_(27)体系中的氧空位迁移和氧空位浓度的变化,研究了氧空位迁移和氧空位浓度对Na_(0.5)Bi_(8.5)Ti_(7-x)Mn_(x)O_(27)陶瓷材料的电性能的影响。研究发现所有样品均为单一的共生铋层状结构,无杂相生成。在掺入Mn的陶瓷样品中,Mn离子占据钙钛矿结构中的Ti离子的位置;在x≤0.06时,氧空位迁移速率降低,氧空位迁移对陶瓷的电学性能影响占主导优势,介电损耗和漏电流减小,压电常数不断增大。随着Mn含量逐渐增加,当x>0.06时,氧空位的浓度对电学性能的影响占主要优势,氧空位浓度不断增大,介电损耗和漏电流增大,压电常数降低。在x=0.06时,压电常数d 33为19.8 pC/N达到最大,此时介电损耗较低,综合电性能最优。

(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_(3)-(Ca_(0.5)Sm_(0.5))(Mg_(0.5)Nb_(0.5))O_(3)铁电陶瓷的光致介电响应与光致发光

介电常数在光照下发生改变的特性可用于开发新型光控器件。采用传统固相烧结法制备了不同物质的量比的(1-x)(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_(3-x)(Ca_(0.5)Sm_(0.5))(Mg_(0.5)Nb_(0.5))O_(3)(KNN-x CSMN,0.02≤x≤0.06)陶瓷,研究了其结构与光致介电响应行为。引入CSMN组分后,陶瓷的相结构由正交相转变为赝立方相,晶粒尺寸明显减小。在365 nm波长的光照下观察到明显的光致介电响应,并在x=0.03和测试频率为80 Hz时陶瓷具有高达约249%的介电可调率。弥散指数从1.43增加到1.82表明其弛豫行为增强,光学带隙从3.00 eV降低到2.36 eV。在406 nm波长的光激发下陶瓷的光致发射光谱显示出强烈的橙红色发射。同时,在光的开与关状态下其电容值呈现出可逆的开关特性,电容比约为3.5。这些结果有助于探索新型非接触式器件,如光调电容式传感器、光开关。

Sm^(3+)掺杂0.96Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_(3)-0.04CaTiO_(3)陶瓷的制备及光致发光性能研究

采用固相烧结法制备了一系列Sm^(3+)掺杂0.96Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_(3)-0.04CaTiO_(3)(NBT-0.04CT∶xSm^(3+),0.002≤x≤0.020)无铅陶瓷。通过X射线衍射仪表征样品的物相结构,所有样品均呈现单一钙钛矿结构。用荧光光谱仪测量样品的发光性能,样品在479 nm处激发峰最强,可与白光LED合成中使用的蓝色LED芯片相匹配。发射主峰位于597 nm(^(4)G_(5/2)→^(6)H_(7/9)),呈现强橙红色发光。NBT-0.04CT∶0.010Sm^(3+)陶瓷在Sm^(3+)掺杂NBT-0.04CT陶瓷中的发光性能最佳,且在278~473 K陶瓷样品的发光性能呈现良好的热稳定性。结果表明,NBT-0.04CT∶xSm^(3+)陶瓷在白光LED中具有广阔的应用前景。

(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3-BaTiO_3系陶瓷的介电弛豫性能

采用传统压电陶瓷固相合成法制得了纯钙钛矿相的( 1 -x) (Bi0 5Na0 5 )TiO3 -xBaTiO3 (x=0 02, 0 04,0 06, 0 08, 0 10) (简写作BNBT)系无铅压电陶瓷。研究了1kHz条件下室温到400℃的温度范围内BNBT试样的介电温谱以及3种不同频率下(1、10、100kHz)BNBT-6试样的介电温谱,发现材料在研究组成范围内均为弛豫型铁电体。采用HRTEM研究了该系统的畴结构,表明BNBT钙钛矿结构铁电体的介电性能与复合离子的有序无序排列密切相关,纳米尺度有序微畴对介电弛豫起着重要作用。

Bi_(0.5)(Na_(0.85)K_(0.15))_(0.5)TiO_3压电陶瓷溶胶-凝胶法制备技术研究

分析了溶胶凝胶工艺制备Bi0.5(Na0.85K0.15)0.5Ti O3微粉中工艺条件的影响,得到了稳定的溶胶,并在750℃合成了颗粒尺寸为100nm左右的微粉;利用该粉体在1175℃烧结得到了性能较好的Bi0.5(Na0.85K0.15)0.5Ti O3陶瓷,d33=100pC/N,Qm=193.

Bi_(0.5(1-y))(Na_(1-x-y)Li_x)_(0.5)Sr_yTiO_3无铅陶瓷的压电性能和微观结构

利用传统陶瓷工艺制备了新型的 Bi0 .5( 1 - y ) (Na1 - x- y L ix) 0 .5Sry Ti O3无铅压电陶瓷 ,并研究了该陶瓷的压电性能和微观结构。研究结果表明 ,该陶瓷体系具有较好的压电性能 ,压电常数 d33=14 3p C/ N,径向机电耦合系数 kp=0 .30 ,并可在 110 0°C/ 2

(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3系无铅压电陶瓷特性与原子组成的关系

整体考虑ABO3型钙钛矿结构压电陶瓷中的A位和B位离子的离子半径、原子量和电负性对压电陶瓷特性的影响,定义了一个包含有A-位和B-位离子的质量差M、离子半径差R及电负性差X有关的综合因子F(w),该因子与自发极化密切相关。研究了(Bi0.5Na0.5)TiO3基压电陶瓷的压电性能与F(w)的关系发现,机电耦合系数k33、kp随着F(w)的增加而相应增大,当F(w)为160～165时,kp增加迅速,其后增加缓慢;F(w)与k33则近似直线关系。

柠檬酸盐法制备(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(1-x)Ba_xTiO_3压电陶瓷的极化特性研究

采用柠檬酸盐法合成了具有单一钙钛矿结构的 (Na0. 5Bi0. 5 )1 xBaxTiO3 (x=0,x=0. 04)超细粉料,并研究了陶瓷样品的极化特性、压电性能和铁电性能。研究结果表明,柠檬酸与金属离子的摩尔比(C/M)控制在 1. 2~1. 6、前驱体液的pH值控制在 7~9范围内可以得到均匀透明的溶胶和凝胶,凝胶在 600℃下热处理 1h后可形成单一钙钛矿结构的超细粉料。XRD研究结果表明,x=0和x=0. 04时陶瓷样品均为三方钙钛矿结构。极化电压和极化温度对陶瓷样品的压电性能有很大影响,而极化时间对压电性能的影响则不显著。Ba2+的固溶改善了陶瓷样品的铁电性能,有利于材料极化性能和压电性能的提高。与常规固相法制备的同种组成样品相比,柠檬酸盐法制备的 (Na0. 5Bi ) BaTiO (x=0,x=0. 04)陶瓷具有较好的压电性能。

模板前驱体对熔盐法制备Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3片状晶粒的影响

首先采用熔盐法合成出铋层状结构的Bi_4Ti_3O_(12)和Na_(0.5)Bi_(4.5)Ti_4O_(15)籽晶,再分别以其作为前驱体,通过拓扑化学反应在900～1100℃合成了片状、各向异性的Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3晶粒。通过XRD,SEM分析方法,研究了模板前驱体对Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3晶粒相结构和微观形貌的影响,并讨论了其形成机理。结果表明:前驱体晶胞的不同造成Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3粒径大小和形貌的差异。

掺锰改性(Bi_(0.5)Na_(0.5))_(0.94)(Ba_(0.5)Sr_(0.5))_(0.06)TiO_3压电陶瓷的性能和微结构

采用传统陶瓷生产工艺制备了新型(Bi0.5Na0.5)0.94(Ba0.5Sr0.5)0.06Ti O3+x(wt%)MnO2体系无铅压电陶瓷,研究了陶瓷的晶相结构、表面形貌、压电和介电性能.结果表明,该体系具有单一的钙钛矿结构;具有良好的压电性能,其压电常数d33为101pC/N,机电耦合系数kp为0.21,机械品质因素Qm为192,且具有较低的介质损耗(tanδ=0.0217).在1200℃,2h的烧结条件下,能够获得致密的陶瓷体;MnO2的添加量对晶粒生长具有一定的限制作用,随着Mn元素的含量增加,晶粒尺寸变大;与不添加Mn元素的陶瓷样品相比,添加少量Mn元素可以使晶粒尺寸变小,且更均匀.

Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3基无铅压电陶瓷的研究进展

Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3基无铅压电陶瓷是目前应用前景最广阔的一类无铅压电陶瓷,本文综述了无铅压电陶瓷的发展概况,系统地概括了国内外从离子掺杂、添加第二组元形成固溶体和晶粒定向生长形成织构陶瓷3个方面对改善Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3基无铅压电陶瓷性能的研究现状,对无铅压电陶瓷的发展进行了展望。

冷烧并退火制备(Bi_(0.5)Na_(0.5)_(0.94)Ba_(0.06)TiO_(3)无铅陶瓷及其结构与电学性能

采用冷烧并退火方法制备了(Bi_(0.5)Na_(0.5)_(0.94)Ba_(0.06)TiO_(3)无铅陶瓷,探究了退火温度对陶瓷物相,显微组织,介电、铁电及压电性能的影响。结果表明:冷烧并退火所得陶瓷均呈纯钙钛矿结构,在180℃冷烧所得坯体的相对密度为71.8%。冷烧坯体经1000~1100℃退火所得陶瓷的相对密度为81.7%~97.1%,平均晶粒尺寸为600~800 nm,介电弥散因子为1.85~1.96。在1025、1050、1075和1100℃退火陶瓷的退极化温度分别为130、137、135和123℃;在1075℃退火陶瓷具有最大的饱和极化强度和剩余极化强度,分别为60.9μC/cm^(2)和51.8μC/cm^(2)。与常规固相法烧结的(Bi_(0.5)Na_(0.5)_(0.94)Ba_(0.06)TiO_(3)陶瓷的击穿场强(<75 kV/cm)相比,冷烧并退火制备的陶瓷的击穿场强明显增大(>100 kV/cm)。随退火温度从1000℃增大至1100℃,陶瓷的压电常数d 33从52±7 pC/N增大至101±2 pC/N。研究表明,采用冷烧并退火法可在低于常规固相法的烧结温度成功制备具有良好电学性能的(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.94)Ba_(0.06)TiO_(3)陶瓷。

掺锰对[Bi_(0.5)(Na_(1-x)Ag_x)_(0.5)]_(1-y)Ba_yTiO_3系陶瓷压电和介电性能的影响

利用传统陶瓷工艺制备了MnO2(0～0.4wt%)掺杂[Bi0.5(Na1-xAgx)0.5]1-yBayTi O3(x=0.06,y=0.06)无铅压电陶瓷,研究了掺杂对该体系陶瓷的结构、压电和介电性能的影响.结果表明,陶瓷的压电常数d33随锰掺杂量增加而减小;适量锰离子的引入可降低介电损耗tgδ,提高机械品质因数Qm.当锰掺杂量达到0.4wt%时,陶瓷的压电性能大幅度降低.锰含量为0.15wt%时该体系陶瓷具有较好的性能压电常数d33=160pC/N,机电耦合系数kp=34%,kt=52%,介电常数εr=804,机械品质因数Qm=163,介电损耗tgδ=2.0%.

ZnO掺杂Bi_(0.5)(Na_(1-x-y)Li_xK_y)_(0.5)TiO_3无铅压电陶瓷的性能与微结构

利用企业的电子陶瓷工艺制备了ZnO掺杂Bi0.5(Na1-x-yLixKy)0.5Ti O3无铅压电陶瓷,研究了ZnO掺杂对该体系陶瓷的介电压电性能与微观结构的影响.X射线衍射结果表明,当ZnO含量小于0.5wt%时,掺杂的ZnO扩散进入了Bi0.5(Na1-x-yLixKy)0.5Ti O3钙钛矿结构的晶格;SEM观察结果表明,少量的ZnO掺杂可以改善该陶瓷的微结构;介电压电性能研究结果表明,当掺杂量较少时,ZnO对该体系陶瓷的介电压电性能有一定的改善,但不明显.

Research of Lead-free Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_(3)-BaTiO_(3)System Piezoelectric Ceramics

To reduce the coercive field of Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_(3),Ba TiO_(3)were added as dopant materials.Then the(1-x)Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_(3)-xBaTiO_(3)ceramic samples were produced in solid synthetic way.The optimum preparation condition and piezoelectric properties of the samples were investigated.The XRD results show that the fabric transites from rhombohedral to tetragonal gradually with the substitution of the Ba^(2+).The morphotropic phase boundaries(MPB)exists in the composition range of 0.06.

(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3基无铅压电陶瓷的研究与应用

(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3由于具有较强的铁电性和较高的居里温度,被认为是无铅压电陶瓷最有希望的候选材料之一。概述无铅压电陶瓷的发展,总结近年来国内外研究者在(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3基无铅压电陶瓷方面的研究工作,并介绍(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3基无铅压电陶瓷制备技术的进展以及该材料在相关电子器件中的应用。

p型多晶Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_(3)合金类施主效应与热电性能

晶粒细化是提高Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_(3)合金力学性能的有效途径,但是粉末冶金过程中晶粒细化导致的类施主效应会严重劣化材料热电性能,制约了Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_(3)基合金在微型热电器件中的应用。本研究围绕p型Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_(3)基合金,采用实验结合理论计算系统研究了粉末冶金制备过程中研磨和脱附气氛对烧结样品中类施主效应和电热输运性能的影响规律和机制。Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_(3)基合金破碎研磨过程中粉体表面产生缺陷V_(Te)^(··)和V_(Sb)^(")并物理吸附空气中的O_(2),在烧结过程中与吸附的O_(2)发生缺陷化学反应,产生大量V_(Te)空位和自由电子,导致类施主效应,使空穴浓度大幅降低。在保护气氛下(Ar气氛)研磨避免接触空气或在空气中研磨后放置在保护气氛下脱附O_(2),都可以有效抑制类施主效应,使样品保持较高的载流子浓度和电导率,且性能在473 K下保持稳定。在空气中研磨后直接烧结的样品和放置在空气中粉体烧结的样品表现出明显的类施主效应,样品的载流子浓度从保护气氛处理样品的4.49×10^(19)cm^(−3)下降至3.21×10^(19)cm^(−3),采用保护气氛处理的粉体烧结样品在402 K下获得最高的热电优值ZT为1.03,平均ZTave为0.92。该研究为调控p型多晶Bi_(2)Te_(3)基化合物的类施主效应和优化其热电性能提供了新思路。

高性能(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_(3)陶瓷无铅医用超声换能器及其成像

(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_(3)(KNN)陶瓷作为一类重要的高性能无铅压电材料体系,有望推动医用超声成像换能器技术的无铅化。对KNN陶瓷进行有效掺杂改性研究,采用固相烧结法制备了具有优异压电性能的KNN基压电陶瓷,其压电常数达400 pC/N,机电耦合系数为55%。基于其高压电、低声阻抗的综合性能设计制备了高分辨力、大带宽及高频率的医用超声换能器,其纵向分辨率达47μm,-6 dB带宽达93%,中心频率为18.0 MHz。利用此换能器对人体组织模型进行B模式超声成像,获得管状组织的高分辨率结构图像。结果表明,KNN体系陶瓷是一种应用于医用高频超声成像中综合性能优异的材料。