鈦酸鋇基陶瓷的制備及電學(xué)性能研究.pdf

1、鈣鈦礦無(wú)鉛壓電材料由于其同時(shí)具有介電性、鐵電性、壓電性等眾多耦合性質(zhì),在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中得到十分廣泛的應(yīng)用,是當(dāng)前國(guó)際研究的熱點(diǎn)智能材料之一。然而,鈦酸鋇陶瓷電學(xué)性能比較低,不適于實(shí)際應(yīng)用。因此,本論文通過(guò)摻雜改性和缺陷補(bǔ)償有望進(jìn)一步提高BT和BNT陶瓷的電學(xué)性能。
　　鈣鈦礦鈦酸鋇基BaTiO3(BT)和鈦酸鉍鈉基Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)無(wú)鉛壓電陶瓷是具有非常獨(dú)特晶體結(jié)構(gòu)的電子信息材料。實(shí)驗(yàn)均采用傳統(tǒng)固相合成法,制備

2、了以下體系:(1-x)BaTiO3-x(0.4BaZrO3-0.6CaTiO3)(BCZT)、(1-0.25x)BaTiO3-0.15xCaTiO3-0.1xBaSnO3(BCST);(1-x)BaTiO3-xBiAlO3(BT-BiA)、0.9BaTiO3-(0.1-x)BiAlO3-xCaTiO3(BT-BiA-CT)和[(Bi0.5Na0.5)1-xYbx]TiO3(BNT-Y1)、[(Bi0.5Na0.5)1-xYbx]Ti1-

3、x/4(oTi)x/4O3(BNT-Y2)以及(Bi0.5Na0.5)(Ti1-xYbx)O3-δ(BNT-Y3)無(wú)鉛壓電陶瓷。本論文通過(guò)研究不同的摻雜量,如ZrO2、La2O3、SnO2、Al2O3、Bi2O3以及 CaCO3,得到了 BT基陶瓷的結(jié)構(gòu)與電性能之間的關(guān)系,以及摻雜量Yb2O3與BNT基陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。
　　陶瓷樣品通過(guò)XRD和Raman結(jié)構(gòu)分析,以及介電性能、鐵電性能分析,結(jié)果表明:
　　(1)

4、摻雜量x=0.375mol的時(shí)候,BCZT陶瓷具有優(yōu)異的介電,鐵電以及壓電性能,其中,壓電系數(shù)d33=420 pC/N,機(jī)電耦合系數(shù)kp=57％,機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm=120。
　　(2) BLZT陶瓷的電導(dǎo)激活能分別是1.71eV,1.31eV,1.13eV和1.19eV,其中x=0.02mol的樣品的禁帶寬度Eg=3.42eV,是電導(dǎo)激活能的2倍。BLZT陶瓷的介電常數(shù)和介電損耗在升溫和降溫的循環(huán)過(guò)程均出現(xiàn)了不同的介電異常峰。

5、r>　　(3)摻雜量x=0.05mol和0.1mol的時(shí)候,BT-BiA陶瓷在高于居里溫度部分的介電常數(shù)服從Vogel-Fulcher定律,通過(guò)定律擬合發(fā)現(xiàn)弛豫彌散性是逐漸增大,而且陶瓷是從正常的鐵電體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌谠ヨF電體。室溫下,摻雜量x=0.08mol的時(shí)候,樣品的電致伸縮系數(shù)Q值明顯大于鉛基陶瓷的電致伸縮系數(shù),熱膨脹dl/l和熱膨脹系數(shù)(α)隨著溫度的升高而不斷增加。BT-BiA-CT陶瓷的居里溫度隨著摻雜量的不斷增加而逐漸增加。

6、
　　(4) Yb2O3摻雜的BNT陶瓷獲得了比較飽滿(mǎn)的電滯回線,以及比較對(duì)稱(chēng)的“蝴蝶”狀的電致伸縮曲線。其中BNT-Y2陶瓷的剩余極化強(qiáng)度Pr達(dá)到了35μC/cm2,而摻雜量x=0.01mol的時(shí)候,樣品的矯頑場(chǎng)成功的減少到了20kV/cm;BNT-Y1和BNT-Y2陶瓷的應(yīng)變量s都達(dá)到了最大值0.23%。隨著溫度的不斷增加,BNT-Y1,BNT-Y2和BNT-Y3陶瓷均出現(xiàn)了明顯的反鐵電現(xiàn)象。其中 BNT-Y1,BNT-Y2到