锂钽共掺铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备及物性研究

发布时间：2021-08-12 19:18

　　(K,Na)NbO3（KNN）基无铅压电陶瓷由于其优异的性能,被认为是能够取代PZT陶瓷的材料之一,引起了广泛的关注。但是,（K,Na）NbO3陶瓷制备困难,压电性能偏低,温度稳定性较差。因此,寻找一种高性能、高稳定性的材料成为了现阶段研究的热点。本论文主要通过掺杂不同的离子对（KNN-LiTaO3）KNLNT基陶瓷的性能进行改善,并探究其对KNLNT基陶瓷性能的影响。首先采用传统固相反应法烧结制备了（K0.48Na0.48Li0.04）-（Nb0.8Ta0.2）O3（KNLNT）陶瓷,并分别在烧结温度（Ts）为 1176、1178、1180、1182、1184℃ 下进行烧结,研究了不同烧结温度对KNLNT陶瓷的电学性能以及温度稳定性的影响。结果表明,陶瓷的正交-四方相变温度（TO-T）被降低到了室温附近,居里温度（Tc）被降低到了 340℃左右,在1178℃烧结时,陶瓷的性能最佳,密度ρ与压电常数d33、厚度耦合机电系数kt、径向机电耦合系数kp均达到最大值。剩余极化强度Pr,矫顽场Ec随着温度的变化较为稳定,温度稳定性良好。与室温相比,温度较高时（T>100℃）,最大极化强度... 

【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

几种无铅压电陶瓷与铅基压电陶瓷性能的比较[6]

哈尔滨理工大学理学硕士学位论文-3-电能转变为机械能的现象，被称为逆压电效应。图1-2为压电材料的机理图。图1-2压电效应机理图a)正压电效应b)逆压电效应[7]Fig.1-2Mechanismofpiezoelectriceffecta)positivepiezoelectriceffectb)inversepiezoelectriceffect通常来说，材料的结构是否具有对称性，决定了压电材料是否具有压电效应。根据Neumann原理，只有没有对称中心的材料才有具有压电效应的可能。在32种晶体学点群中，没有对称中心的晶体共有21种，但是，由于点群432虽然没有对称中心，但其压电系数为零，同样也不具有压电效应，因此，可能具有压电效应的晶体点群只有20种，其中有10种点群则被称为热释电体，而其中部分具有自发极化，且自发极化能够在外加电场下重新取向的晶体被称为铁电体。极化强度P与电场E的变化关系，被称为电滞回线，即P-E曲线，通常是用来表征晶体铁电性的重要手段。典型的电滞回线如图1-3所示，其中，Ps被称为饱和极化强度，当电场较弱时，畴壁的运动是可逆的，这时P-E曲线的变化是线性的，而在电场增强是，畴壁的运动不可逆，P-E曲线开始呈现非线性的变化，在b点时，电场达到了一定程度，使得极化趋于饱和，在c点时，极化强度继续增加一部分，将cb段与斜轴的极轴相交即可得到饱和极化强度。之后，极化强度随着电场的减小(cbd)而下降，但即使当E=0时，此时仍然存在宏观极化强度(od)，被称为剩余极化强度Pr，之后，电场反向增强时，极化强度继续下降，在f点时，电场被称为矫顽场Ec，此时极化强度为零。此后电场继续变化(fg)，经历过一个循环后，极化强度P与电场E的变化曲线，被称为电滞回线。

哈尔滨理工大学理学硕士学位论文-4-图1-3典型的铁电体电滞回线[8]Fig.1-3Typicalferroelectrichysteresisloops受温度的影响，铁电体的自发极化具有一定的临界特性，在这个温度之前，铁电体为铁电相，而在这个温度之后，铁电体会转变成顺电相，此时，铁电体的铁电性会消失，我们把这个温度叫做居里温度Tc，这种相变属于结构相变，被称为铁电相变。通常来说，不同的铁电体会经历许多不同种的相变，这些相变发生在居里温度以下的温度，被称为相变温度，不同的铁电相之间的转换也叫做铁电相变。根据居里-外斯定律，满足温度高于居里温度的条件时，铁电体的相对介电常数与温度的关系为：0TTC(1-1)其中:C——居里-外斯常数;T——绝对温度;T0——居里-外斯温度。当铁电体为一级相变时，T0小于Tc，当铁电体为二级相变时，T0与Tc相等。1950年时，反铁电体的概念首次被提及，之后引起了广泛的讨论和研究[9-11]。与铁电体不同，在外加电场的作用下，反铁电体的P-E曲线呈双电滞回线，且自发极化强度为零。如图1-4所示，这是由于电场的诱导，使得反铁电相转变为铁电相。但是，反铁电体中依然存在一系列的相变温度，并且当温度

【参考文献】：
期刊论文
[1]Multi-phase structure and electrical properties of Bi0.5Li0.5ZrO3 doping K0.48Na0.56NbO3 lead-free piezoelectric ceramics[J]. Xiaoyan PENG,Boping ZHANG,Lifeng ZHU,Lei ZHAO,Ruixiao MA,Bo LIU,Xiaodong WANG.  Journal of Advanced Ceramics. 2018(01)

博士论文
[1]钛酸铋钠基铁电陶瓷的电性能与温度稳定性研究[D]. 曹文萍.哈尔滨工业大学 2016
[2]四方相铌酸钠基无铅压电单晶的电学性能及电畴结构[D]. 王军军.哈尔滨工业大学 2016
[3]铌酸钾钠基无铅陶瓷的压电及其稳定性研究[D]. 姚方周.清华大学 2016
[4]Bi0.5Na0.5TiO3基无铅压电材料的结构及物性研究[D]. 郭菲菲.哈尔滨工业大学 2015



本文编号：3338915