钛酸铋钠基陶瓷在低压电场下的相变及可逆性研究

发布时间：2017-11-01 18:07

  本文关键词：钛酸铋钠基陶瓷在低压电场下的相变及可逆性研究

  更多相关文章： BNT-BKT陶瓷 低压电场 电致相变 相变可逆 Nb掺杂

【摘要】：自1880年Nobel laureates和Jacque Curie发现压电效应以来,压电陶瓷已经广泛的应用于材料、化工、航空等各领域。目前,(Pb(Ti, Zr)O_3, PZT)类陶瓷是市场上使用得最多的压电陶瓷。但是,由于Pb重金属对环境污染较大,对人体有较大伤害,越来越多的国家开始减少Pb在工业中的使用,对应的无铅压电陶瓷逐渐受到研究者的关注。Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-Bi_(0.5)K_(0.5)TiO_3 (BNT-BKT)是一种钙钛矿型压电陶瓷,不仅具有较高的电耦合系数kp和应变动态常量Smax/Emax,已有研究表明,部分掺杂改性后的BNKT陶瓷的部分电性能已经达到了PZT陶瓷的数量级,除此之外,BNKT陶瓷还具有复杂的相变过程。本文通过传统固相法合成了不同配比的BNT-BKT陶瓷,并进行Nb掺杂,分别置于电场环境下12h,对样品进行物相和形貌等测试,分析晶相的变化。本文以Na_2CO_3、K_2CO_3、TiO_2和Bi_2O_3为起始原料,以传统固相法制备不同配比的(1-x)Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_(3-x)Bi_(0.5)K_(0.5)TiO_3(x=0.18,0.2,0.3,0.4,_(0.5))陶瓷,在1170℃下烧结。对其进行XRD测试,当x=0.18时,陶瓷晶相表现为三方相,而当x=0.2～0.4时,则同时含有三方与四方晶相,当x=_(0.5)时,陶瓷表现为四方相。将陶瓷在低压直流电场中后,当电场达到一定值时,部分三方相逐渐转变成四方相,当BKT成分的含量比重继续加大,诱导电压会逐渐减小,这可能与实验过程中,x0.3时,陶瓷发生过烧有关,然而陶瓷在交流电场中并无相变的发生。为了进一步探究低压电压电场诱导相变的原因,本文再分别以不同浓度的Nb掺杂Bi_(0.5)(Na_(0.8)K_(0.2))TiO_3陶瓷,分别探究在低、高浓度掺杂样品在低压电场中的相变现象。本文发现,随着Nb含量的增加,陶瓷样品晶型由三方-四方共存向准立方相转变,并且在Nb浓度达到3mol%时,陶瓷主晶相表现为准立方相。而在低压电场中,Nb含量在低于3mol%掺杂的陶瓷样品衍射峰均有分裂滑移,向准立方相转变,而3mol%掺杂样品衍射峰却没有较明显变化。将电场中发生相变的样品在室温中静置7天后,对其再次进行XRD测试,发现,在(1-x)BNT-xBKT中当x0.3时陶瓷相变发生自恢复,而过烧后的相变陶瓷(x=0.3,0.4,_(0.5))不发生自恢复现象,这时由于过烧样品中的空位比例发生变化,在电场作用下使得离子扩散,空位比例修复,形成较稳定的晶型。于此类似的是,在低浓度Nb掺杂的陶瓷样品中相变均没有发生可逆现象,而在高浓度Nb掺杂的样品相变可逆。
【关键词】：BNT-BKT陶瓷 低压电场 电致相变 相变可逆 Nb掺杂
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-27
• 1.1 BNT-BKT陶瓷简介10-16
• 1.1.1 钛酸铋钠陶瓷10-12
• 1.1.2 钛酸铋钾陶瓷12
• 1.1.3 BNKT陶瓷制备方法12-13
• 1.1.4 BNKT陶瓷晶格结构13-14
• 1.1.5 BNKT陶瓷掺杂改性14-16
• 1.2 电致相变现象及材料16-23
• 1.2.1 金属材料17-18
• 1.2.2 陶瓷材料18-20
• 1.2.3 高分子材料20-21
• 1.2.4 电致相变应用21-23
• 1.3 电致相变机理23-26
• 1.3.1 Peierls机制23-24
• 1.3.2 Mottn-Hubbard机制24-25
• 1.3.3 动态平衡场理论25-26
• 1.4 本文研究内容及目的26-27
• 1.4.1 本文研究内容26
• 1.4.2 本文研究目的26-27
• 2 NBT-KBT的制备及检测27-31
• 2.1 样品制备27-30
• 2.1.1 实验原料及设备27-28
• 2.1.2 样品制备工艺28-30
• 2.2 陶瓷样品结构检测30-31
• 2.2.1 相组成分析30
• 2.2.2 显微组织分析30
• 2.2.3 密度检测30-31
• 2.2.4 线收缩率31
• 2.2.5 综合热分析31
• 3 电场对(1-x)NBT-x KBT的结构及晶相影响31-49
• 3.1 引言31-32
• 3.2 (1-x)NBT-x KBT的结构及晶相32-37
• 3.2.1 陶瓷晶相研究32-33
• 3.2.2 陶瓷微观结构33-35
• 3.2.3 陶瓷样品相对密度与收缩率35-36
• 3.2.4 热分析36-37
• 3.3 电压诱导(1-x)NBT-x KBT相变37-48
• 3.3.1 电场对晶体结构的影响38-42
• 3.3.2 电场诱导相变的阀值42-44
• 3.3.3 电致相变自恢复性研究44-48
• 3.4 本章小结48-49
• 4. Nb掺杂(1-x)NBT-xKBT低压相变49-61
• 4.1 低浓度Nb掺杂(1-x)NBT-xKBT低压相变49-56
• 4.1.1 低浓度Nb掺杂对BNKT晶体相结构的影响49-51
• 4.1.2 Nb掺杂对晶体形貌的影响51-52
• 4.1.3 低浓度Nb掺杂对电场诱导相变的影响52-56
• 4.2 高浓度Nb掺杂(1-x)NBT-x KBT低压相变56-57
• 4.2.1 Nb掺杂对BNKT陶瓷相结构的影响56
• 4.2.2 电场下高浓度Nb掺杂BNKT陶瓷晶格结构变化56-57
• 4.3 Nb掺杂BNKT电致相变可逆性57-59
• 4.4 本章小结59-61
• 5. 结论与展望61-64
• 5.1 结论61-62
• 5.2 展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-71
• 攻读学位期间发表的学术论文71-72

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本文编号：1127921