Bi 4 Ti 3 O 12 基压电陶瓷的混合价态离子掺杂改性研究

发布时间：2023-04-20 00:47

　　压电材料是一类实现机械能与电能相互转换的重要功能材料,广泛应用于制造传感器、驱动器、超声换能器、谐振器、滤波器等多种电子元器件,在国民经济、科学技术、现代国防等各个领域有着重要的应用。近年来,随着航空航天和核工业的快速发展,对于可以在500℃或更高温度下运行,且平均故障时间间隔较长的传感器的需求急剧增加。然而,传统的PZT基压电陶瓷和当前广泛研究的无铅压电陶瓷体系(BCZT、KNN、BNT等)受限于较低的居里温度,无法胜任在高温条件下应用。因此,开发新型的高温压电材料和器件是一项具有迫切现实意义的任务。铋层状结构铁电体(简称BLSFs)是由Aurivillius等人于1949年发现的,其结构是由二维钙钛矿层和铋氧层沿着c轴方向规则的交替间隔排列而成。Bi4Ti3O12(BIT)是一种典型的3层铋层状结构铁电体,它是由(Bi2O2)2+层和伪钙钛矿层(Bi2Ti3O10)2-交错堆积而成。由于本身的结构特性,钛酸铋具有高的铁电相变温度(675℃)以及强的铁电性,在高温压电应用领域得到了广泛的关注和研究。然而,同样受限于其自身的结构特点,铁电极化反转被限制在ab面内,导致其压电性能非常低(...

【文章页数】：104 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 铋层状结构高温压电陶瓷的概述
        1.2.1 铋层状高温压电陶瓷的结构特点
        1.2.2 铋层状高温压电陶瓷的主要体系
    1.3 Bi₄Ti₃O₁₂基铋层状结构高温压电陶瓷的研究进展
        1.3.1 Bi₄Ti₃O₁₂基压电陶瓷的A位掺杂改性
        1.3.2 Bi₄Ti₃O₁₂基压电陶瓷的B位掺杂改性
    1.4 Bi₄Ti₃O₁₂陶瓷的表征分析与性能测试
        1.4.1 Bi₄Ti₃O₁₂陶瓷的表征分析
        1.4.2 Bi₄Ti₃O₁₂陶瓷的性能测试
    1.5 论文概述
第二章 混合价态离子掺杂中高价阳离子对Bi₄Ti₃O₁₂陶瓷性能的影响
    2.1 引言
    2.2 实验过程
        2.2.1 样品制备
        2.2.2 样品性能表征
    2.3 Cu²⁺/Nb⁵⁺掺杂对Bi₄Ti₃O₁₂陶瓷性能的影响
        2.3.1 晶体结构与微观结构
        2.3.2 介电性能
        2.3.3 压电性能和铁电性能
        2.3.4 直流电阻率与复阻抗
        2.3.5 疲劳性能
    2.4 Cu²⁺/Ta⁵⁺掺杂对Bi₄Ti₃O₁₂陶瓷性能的影响
        2.4.1 晶体结构与微观结构
        2.4.2 介电性能
        2.4.3 压电性能和铁电性能
        2.4.4 直流电阻率与复阻抗
        2.4.5 疲劳性能
    2.5 Cu²⁺/Sb⁵⁺掺杂对Bi₄Ti₃O₁₂陶瓷性能的影响
        2.5.1 晶体结构与微观结构
        2.5.2 介电性能
        2.5.3 压电性能和铁电性能
        2.5.4 直流电阻率与复阻抗
        2.5.5 疲劳性能
    2.6 Cu²⁺/W⁶⁺掺杂对Bi₄Ti₃O₁₂陶瓷性能的影响
        2.6.1 晶体结构与微观结构
        2.6.2 介电性能
        2.6.3 压电性能和铁电性能
        2.6.4 直流电阻率与复阻抗
        2.6.5 疲劳性能
    2.7 Cu²⁺/Mo⁶⁺掺杂对Bi₄Ti₃O₁₂陶瓷性能的影响
        2.7.1 晶体结构与微观结构
        2.7.2 介电性能
        2.7.3 压电性能和铁电性能
        2.7.4 直流电阻率与复阻抗
        2.7.5 疲劳性能
    2.8 不同高价阳离子掺杂对比
    2.9 本章小结
第三章 混合价态离子掺杂中低价阳离子对Bi₄Ti₃O₁₂陶瓷性能的影响
    3.1 引言
    3.2 实验过程
        3.2.1 样品制备
        3.2.2 样品性能表征
    3.3 Ni²⁺/Nb⁵⁺掺杂对Bi₄Ti₃O₁₂陶瓷性能的影响
        3.3.1 晶体结构与微观结构
        3.3.2 介电性能
        3.3.3 压电性能和铁电性能
        3.3.4 直流电阻率与复阻抗
        3.3.5 疲劳性能
    3.4 Mn²⁺/Nb⁵⁺掺杂对Bi₄Ti₃O₁₂陶瓷性能的影响
        3.4.1 晶体结构与微观结构
        3.4.2 介电性能
        3.4.3 压电性能和铁电性能
        3.4.4 直流电阻率与复阻抗
        3.4.5 疲劳性能
    3.5 In³⁺/Nb⁵⁺掺杂对Bi₄Ti₃O₁₂陶瓷性能的影响
        3.5.1 晶体结构与微观结构
        3.5.2 介电性能
        3.5.3 压电性能和铁电性能
        3.5.4 直流电阻率与复阻抗
        3.5.5 疲劳性能
    3.6 Cr³⁺/Nb⁵⁺掺杂对Bi₄Ti₃O₁₂陶瓷性能的影响
        3.6.1 晶体结构与微观结构
        3.6.2 介电性能
        3.6.3 压电性能和铁电性能
        3.6.4 直流电阻率与复阻抗
        3.6.5 疲劳性能
    3.7 不同低价阳离子掺杂对比
    3.8 本章小结
第四章 总结与展望
    4.1 总结
    4.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3794544