无铅0.96KNNTS_(x)-0.04BNKZ透明压电陶瓷的制备及其光电性能研究

本文制备了0.96(K_(0.48)Na_(0.52))(Nb_(0.95-x)Ta_(0.05)Sb_(x))O_(3)-0.04Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)ZrO_(3)(即0.96KNNTS_(x)-0.04BNKZ,x=0.03,0.04,0.06,0.07)无铅透明压电陶瓷,并探讨了不同Sb掺杂量对陶瓷压电性能和光学透明度的影响。结果表明,所有陶瓷样品均为钙钛矿结构,且Sb掺杂显著改善了陶瓷的压电性能和透明度。尤其在x=0.04时,样品的压电系数达到240 pC/N,光学透过率在波长780 nm处达到31.5%。该研究表明,通过成分设计调控,KNN基无铅陶瓷能够同时实现较好的透明度和高的压电性能,在光声成像和透明换能器等领域具有重要应用潜力。

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷掺杂改性研究现状

钛酸铋钠(Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_(3),简称BNT)基无铅压电陶瓷因其环境友好型、良好的铁电压电性能等特点在航空航天、舰艇声纳、高速列车及电子产品等领域得到广泛应用。为了克服钛酸铋钠基无铅压电陶瓷高矫顽场并进一步提升其电学性能,通过对BNT基无铅压电陶瓷进行掺杂改性构建三方相–四方相共存的准同型相界(MPB)。掺杂改性是改善BNT基无铅压电陶瓷性能的一种重要方法,针对BNT基无铅压电陶瓷掺杂改性进行系统总结十分必要。主要从BNT基无铅压电陶瓷多组元改性、A/B位离子掺杂和稀土离子掺杂改性等三方面综合论述近年来BNT基压电陶瓷研究进展。结果表明,引入合适的组元有利于BNT基无铅压电陶瓷构建三方相–四方相共存的准同型相界;A/B离子掺杂是根据离子半径和电价大小的一致性对BNT陶瓷中对应位置的离子进行取代;稀土离子掺杂主要对该陶瓷的光电特性有显著影响。上述三方面从不同角度改善了BNT基无铅压电陶瓷的性能,以期为研究性能更好的BNT基无铅压电陶瓷的科研和技术人员提供参考,并为BNT基无铅压电陶瓷的实际应用奠定基础。

Gd^(3+)掺杂调控BiFeO_(3)-BaTiO_(3)高温无铅压电陶瓷的结构与性能

用于监测航空发动机、重型燃气轮机等重大技术装备高温部件振动状态的压电加速度传感器,需要一种高居里温度压电陶瓷作为敏感元件,而电子元器件的无铅化是环境保护的迫切要求。采用传统的固相反应法制备一种Gd/Mn共掺杂的BF-BT((0.67BiFeO_(3)-0.33Ba_(1-x)Gd_(x)TiO_(3))+0.5%(质量分数)MnO_(2),x=0~0.02)高温无铅压电陶瓷,并研究Gd^(3+)掺杂浓度(x)对BF-BT陶瓷的相组成、微观结构、压电性能、介电弛豫行为及交流阻抗特征的影响。结果表明:所有样品均为单一钙钛矿结构,三方相(R)和四方相(T)共存,且T相含量随x增加而增加;适量的Gd^(3+)(x<0.02)固溶进入钙钛矿点阵之中能够促进BF-BT陶瓷晶粒的生长。掺杂Gd^(3+)的样品表现出增强的弛豫相变行为,相变温度(T_m)随x的增加而减小,而介电弛豫程度(ΔT_(relax))随x的增加而增大。采用R-CPE等效电路模型对BF-BT陶瓷的高温复阻抗谱(Cole-Cole图)进行拟合分析,发现样品在高温下的交流阻抗主要来自晶界的贡献。并且随着Gd^(3+)掺杂浓度的提高,样品的介电弛豫激活能不断增大,证实Gd^(3+)取代Ba^(2+)减少了晶格中氧空位浓度的施主掺杂效应。综合来看,x=0.01的样品具有最优的电学性能:T_(C)=425℃,d_(33)=126 pC/N,k_(p)=25.9%,tanδ=0.059,有望作为一种合适的高温压电材料被应用。

钛酸钡与铌酸钾钠无铅压电陶瓷研究进展

钛酸钡(BaTiO_(3))和铌酸钾钠(K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3))压电陶瓷因具有环境友好、电学性能良好、居里温度较好等优势而成为国际高新技术材料研究的前沿热点,有望替代部分铅基压电陶瓷应用于国防、航空航天、通信等领域的电子器件中。本文综述了BaTiO_(3)和K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)压电陶瓷材料的最新研究进展,从构造相界调控压电性能、BaTiO_(3)基压电陶瓷的材料体系设计、K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)基压电陶瓷的热稳定性及改善、压电陶瓷的新型成型及烧结工艺等方面进行客观分析和总结,并展望了两种材料的未来发展趋势,为开发高性能无铅压电陶瓷提供参考。

B_(2)O_(3)掺杂对0.76BF-0.24BT高温无铅压电陶瓷结构与性能影响

为研究掺杂B_(2)O_(3)对陶瓷的影响,采用固相合成法制备了0.76BiFeO_(3)-0.24BaTiO_(3)-xB_(2)O_(3)(简称0.76BF-0.24BT-x BO)高温无铅压电陶瓷,x为摩尔分数。对0.76BF-0.24BT-x BO陶瓷相结构、微观形貌组织、电学性能、居里温度以及退极化温度进行测试分析。XRD分析表明所有样品均为纯三方钙钛矿结构。观察陶瓷微观形貌,发现晶粒分布均匀,晶界之间有液相存在,且晶粒尺寸随着x增加而增大。陶瓷最佳烧结温度从960℃降至940℃。当x=0.1时,压电常数和剩余极化强度达到最大值,分别为101 pC·N^(-1)、21.5μC·cm^(-2)。0.76BF-0.24BT-x BO陶瓷有着良好的高温稳定性:居里温度T_(C)为585℃,退极化温度T_(d)=560℃。研究结果表明,掺杂B_(2)O_(3)具有改善0.76BF-0.24BT陶瓷微观形貌组织、降低烧结温度和提高电学性能的作用。

Sb^(3+)和Ba^(2+)共掺杂锆钛酸铅压电陶瓷的制备与表征

以三氧化二锑、碳酸钡为掺杂原材料,采用固相烧结法制备了Sb^(3+)和Ba^(2+)共掺杂锆钛酸铅陶瓷。利用XRD、SEM、自动元件分析仪、准静态D33测量仪、精密阻抗分析仪等对介质的物相、微观形貌、机电性能进行了研究。实验结果表明,Sb^(3+)和Ba^(2+)共掺杂锆钛酸铅陶瓷具有更好的致密性,当掺杂质量分数为1%的Sb_(2)O_(3)和2%的BaO时,机电性能显著提升,相对介电常数为1854,压电系数为439.6 pC/N,机电耦合系数为66%,居里温度从398℃降至380℃。高的压电系数有利于提升锆钛酸铅所制备电子元器件的接收和发射的灵敏度。

CuO掺杂对KNN基无铅压电陶瓷微观结构的影响

为了解不同掺杂量的助熔剂CuO对KNN基无铅压电陶瓷微观结构的影响,采用固相烧结工艺制备KNN+1.5%ZnO+x%CuO(x=0、1.0、1.5、2.0、2.5、3.00,摩尔百分数)无铅压电陶瓷样品,研究CuO对KNN+1.5%ZnO基无铅压电陶瓷体积密度、相结构以及微观结构的影响。结果表明,掺杂CuO和ZnO后,KNN基无铅压电陶瓷的致密度在一定程度上有了提高,且助熔剂与压电陶瓷经烧结后可完全固溶。随着CuO掺杂量的增大,陶瓷的颗粒尺寸有增大趋势。当掺杂2%CuO时,无铅压电陶瓷样品最致密,其密度为4.28 g/cm^(3)。

铌酸盐系无铅压电陶瓷的研究与进展——无铅压电陶瓷20年专利分析之四

综合分析和评述了近20年的铌酸盐系无铅压电陶瓷发明专利,着重介绍了主要的铌酸盐系无铅压电陶瓷相关体系及其压电铁电性能和制备工艺技术,并展望了铌酸盐系无铅压电陶瓷今后研究和发展的几个方面。特别是对NaNbO3、Sr2NaNb5O15体系以及相关钨青铜结构体系的改性、复合和理论研究,提出了具体的建议。

从发明专利看无铅压电陶瓷的研究与发展——无铅压电陶瓷20年发明专利分析之一

无铅压电陶瓷的研究与开发已引起世界各国的高度重视。本文综合分析了近20年无铅压电陶瓷发明专利约140篇,从发明专利角度评述了无铅压电陶瓷的研究与发展现状,简要介绍了目前受到广泛研究的BaTiO3(BT)基无铅压电陶瓷、Bi1/2Na1/2TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷、铋层状结构无铅压电陶瓷及铌酸盐系无铅压电陶瓷,并侧重介绍这些无铅压电陶瓷的组分、性能和制备方法。从无铅压电陶瓷发明专利的进展可以看出,在过去20年中,为促进人类社会的可持续发展,无铅压电陶瓷得到了广泛的研究和开发,并取得重要进展。

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。

氧化铋掺杂对铌酸钾钠无铅压电陶瓷性能的影响

用传统固相反应法制备了结构致密的铌酸铋钾钠[(Na0.5K0.5)1–3xBixNbO3,0≤x≤0.05]无铅压电陶瓷,研究了掺杂氧化铋(Bi2O3)对铌酸钾钠(Na0.5K0.5)NbO3(NKN)晶体结构和压电性能的影响。结果表明:当Bi2O3含量x<0.02时,能得到具有纯钙钛矿结构的(Na0.5K0.5)1–3xBixNbO3陶瓷。最佳烧结温度随Bi2O3含量的增加而升高,与纯铌酸钾钠陶瓷相比,样品密度显著提高。Bi2O3掺杂量对铌酸钾钠的压电性能有很大影响,其压电常数(d33),机电耦合系数(kp,kt)随Bi2O3含量的增加先升高而后降低,并在x=0.01时达到最大值,机械品质因数(Qm)有明显提高。实验表明:当x=0.01时,(Na0.5K0.5)1–3xBixNbO3无铅压电陶瓷的密度达4.42g/cm3,表现出优异的压电性能:d33=154×10–6C/N,kp=45%,kt=46%,介电损耗tanδ=3.5%,相对介电常数εr=598,Qm=138。

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷研究近期进展

钛酸铋钠(分子式是Bi0.5Na0.5TiO3,简写为BNT)基无铅压电陶瓷性能优良,但与铅基陶瓷相比还有相当的差距,其性能有待进一步提高。从BNT基陶瓷改性、陶瓷新体系以及陶瓷制备技术等多方面,分析了提高BNT基陶瓷性能的原理、途径和方法,指出了发明陶瓷新体系的有关思路,讨论了陶瓷制备技术与陶瓷性能的关系。同时,列举了近期在BNT基陶瓷性能改善研究中的若干新进展和新结果、性能良好的BNT基陶瓷新体系及制备工艺和制备新技术对陶瓷性能的影响,并对今后的相关研究进行了展望。

(Na_(0．5)K_(0．5))NbO_3基无铅压电陶瓷的研究进展

由于钙钛矿结构无铅压电陶瓷具有高的压电性能,已成为无铅压电陶瓷研究的热点．本文综述了钙钛矿结构无铅压电陶瓷(Na_(0．5)K_(0.5))NbO_3的研究进展和趋势．重点从添加第二组元、添加助烧剂、取代改性和制备方法四个方面,归纳和分析了(Na_(0．5)K_(0．5))NbO_3基无铅压电陶瓷的研究开发进展,并对(Na_(0.5)K_(0．5))NbO_3基无铅压电陶瓷今后的研究和发展提出一些建议．

铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的现状、机遇与挑战

近十年来,铌酸钾钠(KNN)基无铅压电陶瓷一直是国内外的研究热点。基于笔者的研究工作,本文从晶体结构、性能优化、制备工艺三个方面总结了KNN陶瓷的发展现状,并进而尝试分析了该体系在未来发展中面临的机遇与挑战。

无铅压电陶瓷研究的新进展

综述了近年来国内外无铅压电陶瓷材料方面的研究进展。主要介绍了钛酸钡基、铌酸盐系、含铋层状结构以及含铋钙钛矿型无铅压电陶瓷体系中所开展的研究工作。同时对近年来无铅压电陶瓷在粉体制备以及晶粒定向新工艺方面的进展也进行了简要的评述。

铋层状结构无铅压电陶瓷的研究与进展——无铅压电陶瓷20年发明专利分析之三

铋层状结构无铅压电陶瓷因其居里温度高、介电常数低、介电击穿强度大及各向异性大等特征近年来受到广泛研究。本文归纳和分析了铋层状结构无铅压电陶瓷近20年的发明专利,着重介绍了主要体系的压电铁电性能,并对铋层状结构无铅压电陶瓷今后的发展与研究提出了一些建议。

LiNbO_3基无铅压电陶瓷的研究与进展

LiNbO3基无铅压电陶瓷近年来受到各国学者的关注,已成为继BNT之后的又一重要的无铅压电陶瓷研究体系。本文结合近年来有关LiNbO3基无铅压电陶瓷的研究论文及近20年的发明专利公报,归纳和分析了LiNbO3基无铅压电陶瓷的研究开发进展,着重介绍了LiNbO3基无铅压电陶瓷的主要体系及制备方法、压电铁电性能,并对LiNbO3基无铅压电陶瓷今后的研究和发展提出一些建议。

无铅压电陶瓷铌酸钾钠的常压烧结及其电学性能

用常压烧结方法制备了Na0.5K0.5NbO3(NKN)无铅压电陶瓷。研究了烧结温度与NKN陶瓷的密度、结构以及电学性能的关系。结果表明:NKN陶瓷与KNbO3相似为正交结构,烧结温度超过1080℃时,出现无压电性第二相。在很小的温度范围内(1020～1100℃)烧结体密度有显著不同,当烧结温度为1080℃时,NKN陶瓷烧结密度达到最大值(4.22g/cm3,相对密度为92%)。经1060℃烧结的NKN陶瓷其压电常数最高,达到122pC/N;Curie温度为409℃;矫顽场为9kV/cm;剩余极化强度为15μC/cm2。

改性偏铌酸铅高温压电陶瓷材料的研究

偏铌酸铅是一种性能很有特色却又制备困难的高温压电陶瓷材料，而采用少量Ｍｅ２＋置换和微量稀有元素氧化物添杂方法，获得了压电性能和工艺性能均十分优良的改性偏铌酸铅高温压电陶瓷材料．并以热力学熵稳定原理，定性地解释了少量置换与微量添杂对稳定铁电相的作用．同时也对这种压电陶瓷材料的高温压电特性和高温下的应用进行了研究与试验，结果表明，这种材料是一种可以在４００℃下应用的高温压电陶瓷材料．

Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3系无铅压电陶瓷的制备工艺研究

利用XRD、SEM等分析技术 ,研究了Na0 .5Bi0 .5TiO3 -K0 .5Bi0 .5TiO3 系无铅压电陶瓷的合成温度 ,烧成工艺条件对陶瓷晶体结构、压电性能的影响。结果表明 ,合成温度提高有利于主晶相的形成 ,适当延长保温时间有利于材料的压电性能。该体系随着KBT含量的增加 ,烧结温度提高 ,烧结温度范围变窄。同时研究了极化工艺条件对材料压电性能的影响表明 ,提高极化电场和适当提高极化温度有利于压电性能的提高 。