溶胶-凝胶法制备K0.5Bi0.5TiO3陶瓷的晶格结构和介电特性研究

采用溶胶-凝胶工艺成功制备出K0.5Bi0.5TiO3微细粉料,并利用此微粉烧结出成瓷良好的K0.5Bi0.5TiO3陶瓷.用X射线衍射法测定了K0.5Bi0.5TiO3陶瓷粉末室温和高温(600℃)时的点阵常数,确定K0.5Bi0.5TiO3的高温相为立方结构(点群m3m)指标化其衍射线,给出了K0.5Bi0.5TiO3陶瓷粉末的多晶X射线衍射数据.以此X射线衍射方法研究了K0.5Bi0.5TiO3陶瓷粉末的铁电-顺电相变,测定了k0.5Bi0.5TiO3的介电特性.所作测量表明K0.5Bi0.5TiO3可能是一种有序-无序型弛豫铁电体,呈现一级弥散相变特征.这可采用极性微区理论阐释,弛豫特性是由此类材料非均衡性产生的极性微区在逐渐冻结过程中引起的.

放电等离子体烧结BaTiO_(3-x)Bi(Ni_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)陶瓷的介电和阻抗性能

采用传统固相反应法合成BaTiO_(3-x)Bi(Ni_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)粉体和放电等离子体烧结技术制备BaTiO_(3-x)Bi(Ni_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)陶瓷,研究陶瓷的晶体结构、微观形貌、介电和阻抗性能。结果表明:BaTiO_(3)-0.10Bi(Ni_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)陶瓷具有钙钛矿型,晶体结构为赝立方相,晶粒尺寸约为0.64μm,密度为5.81 g/cm^(3),最大介电常数为7149,且随频率升高相变温度向高温移动。在1 kHz下,BaTiO_(3)-0.10Bi(Ni_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)陶瓷的ln(1/ε-1/ε_(m))与ln(T-T_(m))的拟合曲线斜率为1.61,在-41~169℃内,Δε/ε_(25℃)≤±15%,表明样品有良好的温度稳定性。此外,随温度和频率的升高,材料的阻抗降低,在50℃下,当频率为100 Hz时,电阻为2.33×10~6Ω,离子电导率为10^(-8)S/cm。

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。

(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.

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.

Bi掺杂O3型NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)钠离子电池层状正极材料的制备与储钠性能

O3型NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)拥有高理论比容量且易于制备,是商业钠离子(Na+)电池的首选正极材料之一,但其循环稳定性仍面临挑战。利用Bi对NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)进行改性。研究发现,Bi的引入可以在晶粒生长过程中通过调节表面能实现晶粒细化,并且Bi的掺杂增加了层状正极材料的晶胞参数,为Na+提供了宽的扩散通道,提高了Na+的扩散能力,优化了Na^(+)在脱嵌过程中的可逆性。改性后的NaNi_(0.495)Mn_(0.5)Bi_(0.005)O_(2)实现了在2.0~4.0 V的电势区间内0.2 C倍率下的可逆容量为138.1 mAh/g,在5 C倍率下循环100圈后容量保持率可以达到97%。

掺杂对Na0.5Bi0.5TiO3基无铅压电陶瓷弛豫性的影响

对(Na0.5Bi0.5)TiO3-BaTiO3(NBBT)二元系压电陶瓷在准同型相界附近进行不同量的La,Mn掺杂,通过XRD、电学性能测试等,研究了掺杂对陶瓷微观结构及介电性能的影响.结果表明,La,Mn掺杂后,相变的弥散程度增大,体系的弛豫性增强.铁电体的弛豫性与基体内极性微区的有序度及尺寸、数量密切相关,对NBBT这种A位复合体系而言,La离子的介入在一定程度上引起电荷不平衡,促使微区长大;但是由于La的分隔作用,A位与B位的耦合作用大大减弱,体系整体有序度降低,弛豫性增强.Mn离子的B位掺杂有助于建立新的(AA')(BB')O3复合体系,因此也影响体系的弛豫性.

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。

模板晶粒定向生长技术制备(Na0.8K0.2)0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷的性能研究

以熔盐法和质子取代法制备的片状Nb2O5粉体为模板晶粒,固相法合成的(Na0.8K0.2)0.5Bi0.5TiO3(NKBT)粉体为基料,分别采用固相压制成型(干法)和流延成型(湿法)工艺制备出具有较高取向度的织构化NKBT无铅压电陶瓷,研究了两种成型工艺对NKBT无铅压电陶瓷的显微结构、压电性能和介电性能的影响。结果表明:采用湿法工艺制备的织构陶瓷的各项性能优于干法工艺,采用湿法工艺在1150℃保温5 h时,可以获得较高织构度(f=0.66)的NKBT无铅压电陶瓷,并具有优异的压电和介电性能:压电常数d33=149 pC/N,介电常数εT33/ε0=912和平面机电耦合系数kp=29.4%。

Sm3+掺杂Na0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷的发光性能及热稳定性研究

采用传统的固相烧结法,制备了一系列的Sm^3+掺杂Na0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷(NBT∶xSm^3+,0.005≤x≤0.04)。利用X射线衍射仪和荧光分光光度计分别对NBT∶xSm^3+陶瓷样品的物相结构和光致发光性能以及热稳定性进行了分析。结果表明,所有样品均为纯的三方钙钛矿结构。样品的激发光谱在480nm有很强的激发峰,与蓝光LED芯片匹配。发射光谱包含位于563nm、597nm、645nm、709nm处的四个发射峰,分别归属于Sm^3+的4G5/2→6HJ/2(J=5、7、9、11)跃迁,其中发射主峰位于597nm,呈现橙红色发光。当Sm^3+含量为0.02mol时发光性能最佳。当温度范围在30~210℃之间时,NBT∶0.02Sm^3+陶瓷样品的发光性能具有良好的热稳定性.

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.

铁掺杂Na0.5Bi0.5TiO3基无铅压电陶瓷的微结构与电学性能

采用传统陶瓷工艺制备0.855Na0.5Bi0.5TiO3-0.12K0.5Bi0.5TiO3-0.025BaTiO3+x%Fe2O3(x=0,0.1,0.3,0.5,0.7,1.0,1.5,2.0)(简写BNKBTF-x)无铅压电陶瓷。通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)等分析测试,研究Fe掺杂对BNKBTF-x陶瓷体系的晶相结构、微观形貌和电学性能的影响。研究表明:当Fe含量少于质量分数1.5%时,BNKBTF-x陶瓷呈现单一的钙钛矿结构,而当Fe含量在质量分数1.5%以上时,有杂相的存在。随着Fe含量的增加,陶瓷晶粒逐渐增大。当Fe含量达到质量分数1.5%时有长方晶形出现。当Fe含量在质量分数0.1%附近时陶瓷的致密性得到改善,BNKBTF-0.3陶瓷综合性能最佳:d33=161pC/N,KP=0.29,εr=1153,tanδ=0.034,Qm=108。

Bi(Ni_(0.5)Sn_(0.5))O_(3)改性钛酸铋钠基无铅储能陶瓷的性能研究

采用固相法制备(1-x)(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.94)Ba_(0.06)(Ti_(0.96)Zr_(0.04))O_(3)-x Bi(Ni_(0.5)Sn_(0.5))O_(3)(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20)(简称(1-x)NBBTZ-x BNS)陶瓷.研究了(1-x)NBBTZ-x BNS陶瓷的结构,表面形貌,介电性能,储能性能.XRD表明适量BNS可以与NBBTZ陶瓷的晶体结构完美互溶,但过量会产生第二相焦绿石相Bi_(2)Ti_(2)O_(7).介电温谱结果表明(1-x)NBBTZ-x BNS陶瓷表现出弛豫铁电陶瓷的特征,最大介电常数(εm)随BNS含量增加逐渐减小,而εm对应的温度Tm随着BNS含量的增加逐渐增加.当x=0.15时,NBBTZ-BNS陶瓷获得290 kV/cm的击穿电场和4.0 J/cm^(3)的可释放能量密度.

三种化学方法合成K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3粉体的机理比较

采用溶胶-凝胶法、水热法和溶胶-凝胶-水热法三种化学方法合成K0.5Bi0.5TiO3(KBT)无铅压电陶瓷粉体.用X射线衍射(XRD)分析产物的结构,用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察产物的形貌.实验结果表明,三种化学方法均可获得纯钙钛矿相KBT粉体,但不同工艺获得的粉体在形貌和生成机制上有很大的不同.溶胶-凝胶法属高温固相扩散机制,需要700℃以上温度煅烧才可获得KBT纯相,且粉体颗粒度大、团聚严重.水热法符合溶解-结晶机制,生长出四方形的KBT纳米片.溶胶-凝胶-水热法利用了凝胶团聚体空间链状结构的模板作用,通过原位结晶机制生长出KBT纳米线.

无铅压电陶瓷研究进展

无铅压电陶瓷的研究和开发是当前压电铁电材料领域的研究热点之一.综述了Bi0.5Na0.5TiO3基、K1-xNaxNbO3基、铋层状结构、钨青铜结构及BaTiO3基5类无铅压电陶瓷的研究进展,分析和评价了陶瓷体系、改性方法、制备工艺及陶瓷的压电铁电性能,重点讨论了Bi0.5Na0.5TiO3基与K1-xNaxNbO3基无铅压电陶瓷的体系构建、相变特性及电学性能的温度稳定性等关键科学和技术问题,并就无铅压电陶瓷今后的研究开发提出了几点建议.

BNT基无铅压电陶瓷的研究与进展——无铅压电陶瓷20年发明专利分析之二

Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷是目前研究最广泛、最具吸引力的无铅压电陶瓷体系。本文分析了BNT基无铅压电陶瓷近20年的发明专利,着重讨论了相关体系的压电铁电性能,并展望了BNT基压电陶瓷今后的发展趋势。

(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3基无铅压电陶瓷研究进展

综述了(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3(简写为NBT)基无铅压电陶瓷的发展现状、特性及影响因素,用分子轨道理论解释了NBT强铁电性的成因,对研究较多的三个体系:NBT-ATiO_3(A=Ca,Sr,Ba)、NBT-BNbO_3(B=Na,K)和NBT-Ln掺杂体系给予了概括介绍,内容包括成分配比、性能和应用,并提出了NBT基无铅压电陶瓷的设计原则。

(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％．

熔盐法合成钛酸铋钾陶瓷粉体

以K2CO3,Bi2O3和TiO2为反应物,KCl为熔盐,通过熔盐法在600℃成功合成纯钙钛矿结构K0.5Bi0.5TiO3(KBT)无铅陶瓷粉体。探寻了制备过程中影响粉体颗粒大小和形貌的工艺参数,并对影响机理进行了探讨。结果表明,与传统固相法相比,熔盐法合成温度显著降低且颗粒平均粒径明显减小。固相法合成的粉体平均粒径为115nm,KCl含量5%和20%的熔盐法合成粉体平均粒径为78nm和67nm。此外,实验发现随着熔盐量的增加,易合成各向异性的棒状粉体。

(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3系无铅压电陶瓷研究现状与展望

BNT陶瓷由于具有良好的压电性、高居里温度和烧结过程中无毒、易控制性等优点而倍受青睐。本文介绍了无铅压电陶瓷的研究概况、相变过程及其基本性质、制备工艺,根据已有的研究经验着重对BNT陶瓷掺杂改性进行了探讨,并展望了它的发展前景。