Bi0.5Na0.5TiO3基无铅压电陶瓷的研究进展

综述了国内外关于Bi0.5Na0.5TiO3(记为BNT)基无铅压电陶瓷材料的最新研究进展。着重介绍了BNT基无铅压电陶瓷的新制备工艺,掺杂改性对该陶瓷体系压电性能的影响及目前其压电性能改进的研究成果,并对其发展趋势做了展望。     

BNT基无铅压电陶瓷研究进展

Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3(BNT)基无铅压电陶瓷,以其良好的电学性能和较高的居里温度等特点而倍受关注.近年来,对该体系陶瓷材料进行研究的报道越来越多.本文结合近年有关BNT基无铅压电陶瓷的报道,从离子掺杂,外掺氧化物及添加烧结助剂三个方面介绍了最新研究进展,并展望了BNT基压电陶瓷的发展趋势.     

溶剂热法制备织构化Bi0.5Na0.5TiO3陶瓷的影响因素

以Bi(NO3)3.5H2O和Ti片为原料,无水乙醇为溶剂,采用溶剂热法合成了具有取向性的织构化Bi0.5 Na0.5 TiO3(BNT)无铅压电陶瓷.采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和能谱仪(EDS)对BNT无铅压电陶瓷物相、显微形貌和成分进行了表征.系统研究了NaOH浓度、[Bi3+]浓度、表面活性剂和溶剂等因素对BNT晶粒物相、微观形貌和成分的影响.结果表明:NaOH浓度为1 mol.L-1,[Bi3+]浓度为0.1 mol.L-1,聚乙二醇(PEG)加入量为1～6 mL,且溶剂为无水乙醇时可以制备出织构化BNT陶瓷,产物颗粒尺寸平均为10～20μm.     

K0.5Bi0.5TiO3粉体合成方法及形成机理研究进展

K0.5Bi0.5Ti O3基无铅压电陶瓷体系是目前研究最广泛的功能陶瓷材料之一。综述了K0.5Bi0.5Ti O3无铅压电陶瓷合成方法的研究进展。讨论了水热法、溶胶凝胶法等合成KBT粉体的方法。探讨了各种方法制备KBT粉体的形成机理。分析并比较各种合成方法的优点及主要存在的问题,并展望其发展趋势。     

Bi0.5Na0.5TiO3无铅压电陶瓷的结构有序化控制

以片状SrTiO3晶粒作为模板,使用模板晶粒生长法(TGG)控制制备[001]取向的有序化Bi0.5Na0.5TiO3压电陶瓷,同时研究了过量Bi2O3、烧结温度以及掺MnO对Bi0.5Na0.5TiO3有序度的影响.研究结果表明,过量Bi2O3的最佳掺入量为BNT粉料质量的1%;1190℃是合适的烧结温度,在1190℃下,BNT-1试样的有序度相对较高,有序度为88.2%;MnO的加入有效地提高了试样的有序度,并且降低了试样的烧结温度,同时也使得烧结温度范围变窄.在烧结温度为1170℃下,掺质量分数为0.3% MnO的BNT-1试样的有序度为91.1%.     

(Bi0.5 Na0.5)TiO3-BaTiO3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(J=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。     

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%.     

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.     

制备工艺对织构化0.94(Na0.5K0.5)NbO3-0.06LiNbO3无铅压电陶瓷结构及性能的影响

采用两步法烧结工艺制备高织构化的0.94(Na0.5K0.5)NbO3-0.06LiNbO3(简称为KNLN6)无铅压电陶瓷。采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、铁电测试系统和准静态分析仪研究制备工艺对织构化KNLN6陶瓷显微结构和铁电压电性能的影响,并确定最佳的极化工艺。结果表明:随着第一步烧结温度的提高,织构化KNLN6压电陶瓷有序度逐渐提高,晶粒尺寸逐渐变大,矫顽场(Ec)逐渐降低,剩余极化强度(Pr)先增加后降低。当极化条件为极化电压25 kV/cm、极化温度80℃、极化时间15 min时,在1 180℃保温5 min,然后在1 000℃保温10 h的高织构化KNLN6陶瓷的压电常数(d33)达到282 pC/N,较之前文献报导提高20%。     

(Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷的结构及电学性能:点缺陷效应研究进展

从点缺陷效应角度综述了无铅压铁电陶瓷(Na0.5 Bi0.5)0.94 Ba0.06 TiO3的结构和电学性能研究进展,分析了(Na0.5 Bi0.5)0.94 Ba0.06 TiO3陶瓷中点缺陷的类型和存在方式,给出了描述陶瓷点缺陷的相关手段,重点讨论了3种引入点缺陷的手段:离子非计量比、离子掺杂、生长工艺,分析三者...     

A位非化学计量比对铌酸钾钠陶瓷极化程度的影响

研究了A位非化学计量比对铌酸钾钠陶瓷极化程度的影响。采用固相反应法制备了0.96K0.5+xNa0.5+xNbO3-0.04LiSbO3系无铅压电陶瓷,通过建立钙钛矿结构的极化模型,研究了x取不同值时,外加电场、温度对陶瓷极化及压电性能的影响。研究结果表明:A位适当过量的铌酸钾钠陶瓷极化时,对温度和电场没有强烈依赖性,可以使极化足够充分,能有效提高铌酸钾钠基陶瓷的压电性能;相反,A位不过量的铌酸钾钠陶瓷极化对温度和电场敏感,容易击穿,极化不充分,降低了铌酸钾钠基陶瓷的压电性能。     

CeO2掺杂(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3压电陶瓷的电子性能与微观结构

采用传统陶瓷工艺制备了CeO2掺杂(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3(缩写为 BNBT6)无铅压电陶瓷.研究了CeO2掺杂量(0～1.0wt%)对BNBT6陶瓷的密度、相结构、微观结构及介电与压电性能的影响.XRD表明,CeO2掺杂量在0～1.0%wt之间变化,没有改变BNBT6陶瓷纯的钙钛矿结构.SEM表明,少量的CeO2掺杂,改变了陶瓷的微观结构.介电温谱表明,随着CeO2掺杂量的增加,铁电相向反铁电相转变温度(Td)降低. 室温下,CeO2掺杂量为0.4wt%时,BNBT6陶瓷样品有很好的性能:密度为5.836g/cm3,压电常数为136pC/N,平面机电藕合系数为30.3%, 相对介电常数为891, 介电损耗为0.0185.     

La~(3+)掺杂Bi_(0.5)(Na_(1-x-y)K_xLi_y)_(0.5)TiO_3陶瓷的微结构与电学性能

利用传统的电子陶瓷工艺制备了La^3＋掺杂Bi0．5（Na1-x-yKxLiy）0．5TiO3无铅压电陶瓷,研究了La^3＋掺杂对该体系陶瓷的介电压电性能与微观结构的影响．结果表明,少量的La^3＋掺杂可以改善该陶瓷的微结构;当掺杂量为0．1％时,该陶瓷体系的压电性能有较大的改善,室温下该体系配方的压电常数d33可达215pC／N,径向机电耦合系数kp达到37．4％,但同时介电损耗增大,机械品质因子降低．当掺杂量达到1．5％以后,陶瓷的压电性能严重下降．     

Improvement in the piezoelectric temperature stability of （K0.5Na0.5）NbO3 ceramics

Through an analysis of the temperature stability of(K0.5Na0.5)NbO3(KNN)based ceramics and KNN solid solutions,we propose a method to enhance the temperature stability of KNN materials.These materials are valuable for their piezoelectric properties.To verify the feasibility of this method,0.9(K1-xNax)NbO3-0.06LiNbO3-0.04CaTiO3(KNLN-CaTiO3)ceramics were designed,and their structure and properties were studied.The results show that KNLN-CaTiO3(x=0.54)ceramics have a good temperature stability over a wide temperature range(25-320°C).Also,they have good piezoelectric properties(d33=152 pC/N in x=0.54).This result confirms the feasibility of our proposed solution for improving the piezoelectric properties of KNN-based ceramics that have poor temperature stability.     

(Bi0.94(Na0.94-xLix))0.5Ba0.06TiO3压电陶瓷的电性能与微观结构

采用传统陶瓷工艺制备了(Bi0.94(Na0.94-xLix))0.5Ba0.06TiO3(缩写为BNBT6 - xL)无铅压电陶瓷.研究了Li+取代A位Na+后,(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3(缩写为BNBT6)陶瓷的物性变化.x在0.01 ～0.11之间变化,BNBT6陶瓷三方-四方共存的晶体...     

过量Na+对(K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3无铅压电陶瓷相组成及结构的影响

通过固相反应法预合成0.94(K0.5Na0.5)NbO3-0.06LiNbO3(KNLN6)无铅压电陶瓷粉体。采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜/能谱仪(SEM/EDS)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对KNLN6试样进行性能表征。结果表明:按化学计量配比合成的KNLN6粉体中含有K3Li2Nb5O15(KLN)第二相;Na2CO3摩尔分数过量5%时,可有效地消除第二相KLN,从而获得单一钙钛矿结构的KNLN6粉体,同时,粉体的预烧温度降低了50℃;在1070℃下烧结2 h制备的Na2CO3过量5%的无铅压电陶瓷中,KNLN6晶体具有A位无序的单一正交钙钛矿结构,晶粒呈立方体状,平均尺寸约为10μm。     

(1-x)Bi_(0.5)(Na_(0.8)K_(0.2))_(0.5)TiO_3-x(Bi_(0.1)La_(0.9))FeO_3无铅压电陶瓷的微结构与电学性能的研究

采用传统固相法制备了新型(1-x)B i0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3-x(B i0.1La0.9)FeO3无铅压电陶瓷,利用XRD、SEM等测试技术表征了该陶瓷的晶体结构、表面形貌、压电和介电性能.研究结果表明,在所研究的组成范围内陶瓷材料均能形成纯的钙钛矿固溶体.压电性能随x的增加先增加后减少,在x=0.005时压电常数及机电耦合系数达到最大值(d33=149pC/N,kp=0.270).     

Microstructure, crystalline phase and electrical properties of Li0.06(Na0.5K0.5)0.94Nb(1−2x/5)Mg x O3 lead-free piezoelectric ceramics

MgO-modified Li_0.06(Na_0.5K_0.5)_0.94NbO₃ (L₆NKN) lead-free piezoelectric ceramics were synthesized by normal sintering at a relatively low temperature of 1000°C. The crystalline phase, microstructure, and electrical properties of the ceramics were investigated with a special emphasis on the influence of MgO content. The addition of MgO effectively improves the sinterability of the L₆NKN ceramics. X-ray diffraction analysis indicates that the morphotropic phase boundary (MPB) separating orthorhombic and tetragonal phases for the ceramics lies in the range of Mg doping content (x) from 0.3at% to 0.7at%. High electrical properties of the piezoelectric constant (d ₃₃=238 pC/N), planar electromechanical coupling coefficient (k _p=41.5%), relative dielectric constant (? _r=905), and remanent polarization (P _r=38.3 μC/cm²) are obtained from the specimen with x=0.5at%, which suggests that the Li_0.06(Na_0.5K_0.5)_0.94Nb_(1?2x/5)Mg _x O₃ (x=0.5at%) ceramic is a promising lead-free piezoelectric material.     

KNN基无铅压电陶瓷的研究进展

KNN基无铅压电陶瓷由于具有优越的电学性能和较高的居里温度而成为最重要的无铅压电材料之一.本文主要综述近期国内外有关铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备新技术,以及在掺杂改性方面的研究进展,并展望了其发展趋势.