Bi(Mg,Me)O3(Me=W,Nb)基鈣鈦礦弛豫鐵電陶瓷機電性能及機理研究.pdf

1、鉍基鈣鈦礦及其固溶體經(jīng)過適當?shù)慕M成改性或溫度調(diào)制能夠呈現(xiàn)出巨大的電場誘發(fā)應(yīng)變，有望成為一類新型的位移驅(qū)動器陶瓷材料。繼(Bi0.5Na0.5)TiO3(BNT)基材料體系被大量研究之后，Bi(Mg0.5Ti0.5)O3(BMT)、(Bi0.5K0.5)TiO3(BKT)和BiFeO3(BF)基材料也受到了國內(nèi)外一些課題組的廣泛關(guān)注。根據(jù)目前的研究報導(dǎo)，針對不同體系中產(chǎn)生的電致應(yīng)變而言，應(yīng)變的驅(qū)動電場、溫度穩(wěn)定性、頻率依賴性以及滯后性都表

2、現(xiàn)出了不同的特征。為了進行更深入地研究以及更好地對比分析，發(fā)現(xiàn)不同材料體系中這些特征的異同點，有必要去探索新的含鉍鈣鈦礦材料體系，并對其電致應(yīng)變進行全面的研究。在B位復(fù)合的鉍基鈣鈦礦材料家族中Bi(Me'Me")O3(Me'=Mg，Zn，Ni等;Me"=Ti，Nb，W等)，考慮到不同的材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和合成的難易程度，本文通過構(gòu)建(1-x)Bi(Mg3/4W1/4)O3-xPbTiO3((1-x)BMW-xPT)二元體系和(1-x)(0

3、.38Bi(Mg2/3Nb1/3)O3-0.62PbTiO3)-xBaZrO3((1-x)(0.38BMN-0.62PT)-xBZ）三元體系，探究了B位含有高價離子的Bi(Mg，Me)O3(Me=W, Nb)基馳豫鐵電材料的合成、組成調(diào)制及其相結(jié)構(gòu)變化和電學(xué)性能演變，特別是針對其電致應(yīng)變行為進行了全面、深入的研究。全文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)用傳統(tǒng)的固相合成法制備了二元體系(1-x)BMW-xPT壓電陶瓷，并且系統(tǒng)地分析了隨

4、著PT含量的變化，該二元體系的相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，以及介電、壓電、鐵電和電致應(yīng)變性能的演變。結(jié)果表明，隨著PT含量的增加，該二元體系經(jīng)歷了從偽立方相到四方相的相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，當PT含量0.625≤x≤0.64時形成了準同型相界(MPB)，并且在這一相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程中伴隨著各態(tài)歷經(jīng)-非各態(tài)歷經(jīng)弛豫相-鐵電相的轉(zhuǎn)變。通過高分辨同步輻射X射線衍射分析可以發(fā)現(xiàn)，在該二元體系的準同型相界組成中出現(xiàn)了中間相MA相，并且在組成x=0.63中獲得了最大的壓電常數(shù)d3

5、3=310pC/N。另外，值得注意的是在該二元體系弛豫-鐵電相變的過程中，當組成位于各態(tài)歷經(jīng)與非各態(tài)歷經(jīng)弛豫相共存附近時，應(yīng)變性能獲得了顯著增強，其最大應(yīng)變?yōu)?.45％且滯后性較低為33％(x=0.615，E=7kV/mm)。利用原位電場作用下的同步輻射X射線衍射分析，結(jié)果表明該二元體系中大應(yīng)變的產(chǎn)生與電場誘發(fā)的可恢復(fù)的弛豫-鐵電轉(zhuǎn)變有關(guān)，可歸因于弛豫-鐵電相變過程帶來的PNRs的取向和長大以及晶胞結(jié)構(gòu)的畸變，在該過程中出現(xiàn)的中間相，使

6、其應(yīng)變滯后性明顯低于其他含鉍鈣鈦礦弛豫體系。
　　(2)利用BZ對0.38BMN-0.62PT進行共取代構(gòu)建了新的三元體系(1-x)(0.38BMN-0.62PT)-xBZ，并且系統(tǒng)地分析了隨著BZ含量的變化，該三元體系的相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，以及介電、壓電、鐵電和電致應(yīng)變性能的演變。XRD結(jié)果表明，隨著BZ含量的增加，該三元體系發(fā)生了從四方相到偽立方相的相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，在BZ含量位于0.05≤x≤0.075時形成了準同型相界，并且在組成x=0