Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3)O_3-PbTiO_3晶体组分对结构与性能的影响

用熔体Modified Bridgman法生长出尺寸直径40 mm长度80 mm的弛豫铁电单晶PMNT90/10,表明该方法不仅适合在准同型相界(MPB)附近生长PMNT单晶,也适合生长PT含量很低的PMNT单晶.在生长出的PMNT90/10晶体中,铁电相与顺电相两相共存,并呈现亚微畴结构特征.随着晶体组分由PMN组元变化到MPB组分附近,PMNT的电畴结构呈现微畴-亚微畴- 不规则宏畴-规则宏畴演化系列,而介电弛豫特性则逐步弱化.PMNT固熔体的电学性能依赖于晶体组分,(001)切型PMSNT90/10晶体的压电常数d33约80 pC/N,显著低于MPB附近组分,但其介电常数ε达到12600,明显高于后者.

Sn含量对PbSnO3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3三元系压电陶瓷相结构和电性能的影响

采用两步钶铁矿前驱体工艺制备了PbSnO3-Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-PbTiO3（PSn-PMN-PT） 三元系压电陶瓷, 研究了Sn含量的变化对PSn-PMN-PT 三元系压电陶瓷结构和性能的影响。XRD结果表明, 所选成分均处于三方相和四方相共存的准同型相界上, 当Sn含量减少时, PSn-PMN-PT的XRD图谱基本没有发生变化, 而当Sn含量增加时, 在XRD图谱中逐渐出现烧绿石相。电性能研究表明, 缺失少量Sn可以提高PSn-PMN-PT的压电、介电和铁电性能, 减小损耗; 而添加过量Sn明显损害其压电和铁电性能, 增加损耗。缺失0.2mol%Sn的PSn-PMN-PT具有最佳的压电和铁电性能, d33： -530 pC/N, kp： -56.4%, Qm： -570, εr： -3070, tanδ： -0.32%, Pr： -28.9 μC/cm2, EC： -8 kV/cm。

{110}_(cub)切型Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3单晶铁电相变的研究

测试了PMNT68/32{110}cub切型单晶的介电、压电性能和电滞回线,发现单晶铁电性能与所施加的极化电场及单晶中PbTiO3含量的变化密切相关.研究结果表明,相结构的变化是引起铁电性能变化的主要原因,即在<110>取向施加电场诱导出来的正交相是本征亚稳的,它的稳定性不仅取决于所施加的极化电场大小,而且与单晶中PbTiO3含量的变化密切相关.

(1-x)Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_3-xPbTiO_3陶瓷的制备

采用半化学法制备了 (1 -x)Pb(Ni1/ 3Nb2 / 3)O3 xPbTiO3((1 -x)PNN xPT ,x为PT的摩尔分数 ,分别为 0 ,0 1 5 ,0 2 5 ,0 3 6,0 4 5 )陶瓷。以硝酸镍代替传统氧化物混合法中的NiO ,然后与PbO、Nb2 O5和TiO2浆料混合球磨得到反应前驱体 ,经 85 0℃ ,3h预烧合成了 (1 -x)PNN xPT ;再经 1 1 0 0℃和 2h烧结 ,得到了纯钙钛矿结构的 (1 -x)PNN xPT陶瓷。相比二次合成法 ,无需过量氧化镍可制得介电性能优异的 (1 -x)PNN

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。

ZnO-B_2O_3-SiO_2玻璃对Ca[(Li_(1/3)Nb_(2/3))_(0.95)Zr_(0.15)]O_(3+δ)陶瓷微波介电性能的影响

研究了ZnO-B2O3-SiO2（ZBS）玻璃对陶瓷的烧结性能及微波介电特性的影响。研究表明ZBS的掺入能有效降低Ca[（Li1／3Nb2／3）0.95Zr0.15]O3＋δ陶瓷体系的烧结温度150-200℃，谐振频率温度系数随ZBS掺入量增加及烧结温度的提高，由负值向正值方向移动。在1000℃，掺入质量分数7wt％的ZBN，陶瓷微波介电性能最佳：εr=31．1，Qf=9550GHz，Tf=-8．9ppm／℃，在960℃烧结4小时，可获得介电性能为：εf=28．6，Qf=641OGHz，Tf=-9．8ppm／℃陶瓷样品。

Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3基陶瓷预合成和烧结工艺的研究

基于Swartz and Shrout的二次合成法,采用改进的两步法,将部分原料预合成,一次烧结合成具有100%钙钛矿结构的75Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-10PbTiO_3-15BaTiO_3固溶体陶瓷。首先一次性称量PbO,然后和ZnNb_2O_6混合,在660～800℃预合成,将预合成产物粉碎后再与TiO_2和BaCO_3按化学计量称量,充分混合后,在1060～1140℃保温1～2h烧结成陶瓷试样。实验结果表明:改进的两步法工艺能够将预合成温度降为660℃,烧结温度能被拓宽到80℃获得100%钙钛矿结构的固溶体陶瓷。不同于传统的预合成和烧结,改进的两步法工艺简单、有效,在预合成阶段没有形成钙钛矿相,烧结阶段陶瓷的成瓷和致密化同时进行,完成了中间相向钙钛矿相的转变,获得了介电性能优良的陶瓷试样。

碱熔Nb_2O_5湿化学法合成Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3纳米粉体

以Nb2O5作为反应的起始物,采用一种新型湿化学方法制备复合钙钛矿型Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(简称PMN)纳米粉体。利用激光拉曼光谱、DSC/TG、TEM和XRD对制备的Nb-柠檬酸铵络合溶液、干凝胶粉末和PMN粉体进行了表征。研究了焙烧工艺对PMN粉体的物相组成、晶粒尺寸及相含量的影响。实验结果表明:在适宜的焙烧条件下,PMN粉体的平均粒径小于50nm,PMN相的含量大于70%。适当升高焙烧温度及延长保温时间或者采取二次焙烧均能提高钙钛矿相PMN的含量,其中采用二次焙烧的方法效果显著。

[001]c极化0.93Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.07PbTiO_3单晶中声表面波传播特性

利用室温下弛豫铁电单晶0.93Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.07PbTiO3的材料参数,计算了[001]c极化PZN-7%PT晶体中的声表面波传播特性。结果表明,[001]c极化0.93Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.07Pb TiO3单晶具有明显优于传统压电材料的声表面波特性。0.93Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.07Pb Ti O3单晶的声表面波特性随着传播方向发生明显的变化。综合考虑晶体的三种声表面波特性,发现Y切型晶体的综合声表面波性能最好,声表面波机电耦合系数k2值较大,能流角和声表面波自由表面相速度值较小,有望应用于下一代低频声表面波设备中。

Pb[(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_(0.91)Ti_(0.09)]O_3压电单晶的弛豫反常

对用改进的Bridgman法生长的Pb[(Zn1/3Nb2/3)0.91Ti0.09]O3(PZNT91/9)单晶用Laue衍射法和XRD衍射曲线定向,取(001)晶片研究材料的电学性能.结果表明,材料的介电性能呈现出明显的频率色散现象,随着测试频率的升高,介电常数的峰值温度出现反常,峰的位置向低温方向移动.用扫描电子显微镜和正交偏光显微镜研究了PZNT91/9单晶的电畴结构,发现规则排列的带状畴与杂乱分布的细畴并存.X射线荧光分析结果表明,在PZNT91/9单晶中存在着由成分分凝引起的组分变化.成分分凝引起的组分波动和电畴结构的复杂性导致了材料性能的不均匀性,并与材料铁电相变的弥散性特征相关.

ZnO-B2O3-Na2O玻璃对Ca[(Li1/3Nb2/3)0.95Zr0.15]O3＋δ陶瓷微波介电性能的影响

研究了ZnO-B_2O_3-Na_2O玻璃对陶瓷的烧结性能及微波介电特性的影响。研究表明ZBN的掺入能有效降低对Ca[(Li_(1/3)Nb_(2/3))_(0.95)Zr_(0.15)]O_(3+δ)陶瓷体系的烧结温度150～230℃,谐振频率温度系数随ZBN掺入量增加及烧结温度的提高,由负值向正值方向增大。在990℃,掺入3%(质量分数,下同)的ZBN,陶瓷微波介电性能最佳:εr=31.5,Qf=12530GHz,τf=-7.6ppm/℃。

烧结温度和升温速率对Pb(Sb1/3Mn2/3)0.05Zr0.47Ti0.48O3压电陶瓷性能的影响

采用传统固相法制备了Pb(Sb_(1/3)Mn_(2/3))_(0.05)Zr_(0.47)Ti_(0.48)O_3(PMS-PZT)压电陶瓷。利用XRD、SEM和EDS等研究PMS-PZT陶瓷体系在烧结过程中形成的过渡液相和形成过渡液相温度(1100℃)附近的升温速率对陶瓷结构、压电和介电性能的影响。结果表明:不同烧结温度下,所有样品均为单一的钙钛矿四方相,过渡液相不会对相的结构有影响,但是当烧结温度较低时,过渡液相在烧结后期以玻璃相在晶界附近富集,对陶瓷的压电和介电性能有很大影响。随着烧结温度和升温速率的升高,PMS-PZT晶粒尺寸增大,晶粒均匀性和规则性得以改善,晶化质量得到提高;d33测试和阻抗分析测试结果表明PMS-PZT样品在1100℃附近以7℃·min-1升温速率并在1250℃烧结时具有最好的压电和介电性能:d33=313 C/N,kp=0.59,Qm=1481,εr=1437,tanδ=0.53%。

pH值对沉淀法制备的Pb(Sc_(1/2)Nb_(1/2))O_3粉末相组成、性能和形貌的影响

系统地研究了pH值对沉淀法制备弛豫铁电体PSN粉末的相结构,化学组成和晶粒形貌的影响。实验发现,以NH4OH作为沉淀剂,随着pH值从2增至12,金属离子按Nb,Sc,和Pb的顺序先后沉淀;当pH达到8-10时,3种元素的沉淀率均达到99%以上。此外,在不同的温度下煅烧沉淀粉体发现,pH超过8时得到的粉体都经历了从焦绿石变为纯钙钛矿相的转变过程;相反,在低pH值下得到的粉体一直存在一定的焦绿石相。而且,随着pH的上升,晶粒形貌从200nm的球状变为1μm的片状。pH值为8时沉淀得到的粉体,经800℃煅烧,得到符合化学计量比的Pb(Sc1/2Nb1/2)O3粉末,由此烧结得到的陶瓷表现出良好的弛豫铁电性。

Ca[(Li_(1/3)Nb_(2/3))_(0.95)Zr_(0.15)]O_(3+δ)陶瓷的低温烧结

研究了ZnO-B2O3-Na2O(ZBN)玻璃及B2O3复合掺杂对陶瓷的烧结性能及微波介电特性的影响.研究表明,在990℃,掺入质量分数3 wt%ZBN+0.7wt%B2O3,陶瓷微波介电性能最佳:εr=31.8,Q f=13230GHz,fτ=-5.2ppm/℃.

CuO对(Ni_(1/3)Nb_(2/3))_(0.7)Ti_(0.3)O_2微波陶瓷低温烧结性能的影响

采用传统固相反应法制作(Ni1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O2微波陶瓷,研究了CuO掺杂对所制陶瓷低温烧结性能、微观结构、相构成及微波介电性能的影响。结果表明,掺杂少量的CuO就能显著降低(Ni1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O2陶瓷的烧结温度,且能改善陶瓷τf。当CuO掺杂量(质量分数)为1.0%时,(Ni1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O2在950℃烧结,显示出良好的微波介电性能:εr=67.65,Q·f=3708GHz,τf=14.3×10-6/℃。

Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3弛豫铁电晶体的生长形貌和生长机理

以PbO作助熔剂采用高温溶液法生长出Pb(Mg1/3Nb2/3)O3弛豫铁电晶体,利用X线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了晶体相结构和生长形貌。研究结果表明,采用高温溶液法生长出纯钙钛矿相结构的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3弛豫铁电晶体,晶体多为淡黄色,较小的呈赝立方形态,较大晶体逐渐趋于不规则形态,最大尺寸达4mm×4mm×3mm。晶体中存在位错蚀坑和PbO包裹等生长缺陷,生长过程中的温度波动和成分起伏等因素导致这些缺陷的出现。晶体{100}面生长速率最慢能成为热力学上稳定存在的自然显露晶面,晶体的生长机制为二维成核层状生长。

O.9Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-O.1PbTiO3功能铁电薄膜的制备及其电性能研究

利用溶胶凝胶(sol-gel)技术制备Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMNT)铁电薄膜,研究了不同的溶剂对溶胶的配制和溶胶稳定性的影响,得到了可以长期稳定放置的溶胶;采用热重分析和差热分析的方法研究了凝胶的热解过程,确定了420℃为溶胶的热解温度,750℃为合理的结晶温度;以Pt/Ti/Si(100)为衬底,成功地制备了0.9Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.1PbTiO3铁电薄膜.通过X射线衍射分析了热处理温度对薄膜相的影响.通过高倍显微镜研究了薄膜的表面形态,通过ZT-Ⅱ型铁电参数测试仪对PMNT薄膜进行了铁电性能测试.测试结果表明,制备的PMNT铁电薄膜为具有完全钙钛矿相的弛豫性PMNT铁电薄膜,薄膜无裂纹,致密性好,其剩余极化和矫顽场分别可达到2.5μC/cm2和45kV/cm.

La^3+掺杂对Pb(Lu1/2Nb1/2)O3反铁电单晶储能性能的影响

采用顶部籽晶法生长了La3+掺杂Pb(Lu1/2Nb1/2)O3(PLN)反铁电单晶,晶体组分简写为xLa-PLN(x=1%、3%、5%),并详细研究了La3+掺杂对PLN晶体储能性能的影响。通过ICP测试了不同配比晶体的实际掺杂比例,分别为0.3%、1.1%、2.9%。XRD显示该晶体体系为正交相钙钛矿结构,且存在两套超晶格衍射点阵,分别由A位铅离子反平行排列和B位离子有序排列导致。介电温谱给出了晶体的介电常数、介电损耗随温度和频率的变化规律,不存在弥散相变。变温电滞回线显示,该体系均表现出典型的双电滞回线特性,且随着La3+含量的增加,有效储能密度逐渐增大,最高储能密度达到5.1 J/cm3。这主要是由于La3+掺杂导致体系的容忍因子下降,从而增强了反铁电稳定性,最终提高了PLN体系的能量存储密度。

液相包裹法制备Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-CoFe_2O_4磁电耦合材料

以无机盐Nb2O5、Mg(NO3)2、Pb(NO3)4、Co(NO3)2、Fe2(NO3)3为原料,柠檬酸和EDTA为络合剂,分别制备了Nb5+、Mg2+、Pb2+、Co2+、Fe3+等离子的络合溶液。采用络合法制备了铌酸镁-铁酸钴先驱体(MgNb2O6-CoFe2O4,简称MN-CFO)。此先驱体在1000℃煅烧1h后,得到纯净的MgNb2O6-CoFe2O4固溶体。采用液相包裹法制备了铌镁酸铅-铁酸钴(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-CoFe2O4)先驱体,在1000℃煅烧1h,Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-CoFe2O4先驱体分解为具有铁电相Pb(Mg1/3Nb2/3)O3和铁磁相CoFe2O4的复相组织。研究了10%过量的PbO对煅烧过程中烧绿石相向铁电相的转变作用,并在700℃煅烧5h条件下制备了不含烧绿石相的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-CoFe2O4固溶体。

Pb(Sc_(1/2)Nb_(1/2))O_3中有序-无序转变和铁电相变的Raman光谱研究

采用wolframite前驱物法制备了Pb(Sc1/2Nb1/2)O3陶瓷。通过调节陶瓷烧结工艺,获得了三种具有不同B位离子有序度的PSN陶瓷。测量了三种陶瓷样品在室温至160°C范围内的Raman光谱随温度变化。结果表明,随着温度的升高,三种不同B位有序度的陶瓷样品中,Raman光谱中位于530 cm-1的F2g模的峰位和半峰宽分别在100°C,85°C和80°C发生了突变,表明陶瓷分别在100°C,85°C和80°C三个温度点发生了铁电-顺电相变。上述结论得到了介电温度谱测量数据的支持。