钛酸钡基无铅压电陶瓷相结构优化及电学性能研究
发布时间：2021-12-16 00:06
压电材料现已广泛的应用于日常生活、医学医疗、能源交通等多个领域。但当前被广泛使用的压电陶瓷仍以锆钛酸铅（PZT）为主。随着社会健康发展的需要,各个国家对Pb的使用提出了严苛的要求,因此,关于压电陶瓷无铅化的研究,一直以来是科研工作者的重要方向。2009年,Ren报道了Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-(Ba0.7Ca0.3)TiO3（BCZT）陶瓷的超高压电性将BCZT体系带入大家的视野,此后出现了大量关于BCZT体系的研究报导。掺杂取代是一种常见的用来改善压电陶瓷性能的手段,通过成分调控的手段达到相界优化的目的。本文从A位掺杂稀土元素钐（Sm）、B位掺杂过渡金属元素铪（Hf）来研究BaTiO3基压电陶瓷的相结构优化及其电学性能,具体内容包含以下两个方面:（1）通过固相反应法制备了钐离子的掺杂改性的0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3-0.5Ba(Hf0.1...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
压电效应：(a)正压电效应；(b)逆压电效应
4_m24mm磷酸二氢钾(KH2PO4)、磷酸二氢铵(N钛酸钡(BaTiO3)323m石英(SiO2)铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)6mm CdS、BeO、ZnO2、ZnS4_3m23GaAs、GaP、InSb、BiGeBi12GeO20、Bi12SiO20电性 种极性类型的晶体中又包括部分热电体、铁电体，具体关电体、铁电体的关系如图 1.2 所示。所有压电体属于介电电体，铁电体又属于热电体。因此压电结构物质具有热释电物质的基本性质。
为获得更大的压电性能，压电陶瓷往往需要电畴发生定向排列，因此要对材料施加外加电场，驱使偶极子定向排列。图 1.3 表示压电陶瓷极化过程的平面示意图。图(a)为未经极化的压电陶瓷，初始状态下压电陶瓷是由晶粒堆砌而成，在不同的晶粒内部各自包含有单一畴结构，或多畴结构，电畴的取向是由自发极化方向确定，方向混乱。因此总电偶极矩之和为零，不显电性。图(b)表示在某一特定方向施加直流电场，可以看到电畴取向不再杂乱无序，电畴取向不断的往外加电场方向靠近，并且伴随着电场的施加，晶体结构出现轻微的变形，沿外加电场方向伸长，垂直外加电场方向发生收缩。这种变形是由于电畴中的偶极矩具有的电负性造成的结果，电畴在电场中受到电场力作用时，电场导致畴壁发生移动获得新畴壁或是发生畴壁扩展。图(c)为撤销外加电场后，此时外加电场为零，外界条件与图(a)保持一致，但此时由于极化过程中施加的电场改变内部电畴的状态，且在一定程度上保持原状态并残余一定的内部应力，电畴以及陶瓷状态并未能恢复到极化前的状态。相较于极化过程中时，其电畴排列的有序度有所降低，此时的自发极化强度不再为零。在外加电场条件下发生的形状变形称之为电致伸缩。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ta2O5掺杂对0.48BCT-0.52BZT陶瓷结构及压电性能的影响[J]. 黄伟,林家齐,杨文龙. 功能材料. 2017(12)
[2]Sm2O3掺杂(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3无铅压电陶瓷的制备与性能[J]. 崔业让,刘心宇,袁昌来,翟霞,胡耀斌,李若雯. 无机材料学报. 2012(07)
[3]关于无铅压电陶瓷及其应用的几个问题[J]. 肖定全. 电子元件与材料. 2004(11)
博士论文
[1]铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的压电性能与电畴结构的研究[D]. 秦亚琳.山东大学 2015
[2]钛酸钡钙基无铅铁电陶瓷的压电性和多铁性研究[D]. 李彩霞.哈尔滨工业大学 2014
[3]KNN和BT高性能无铅压电陶瓷的制备技术及机理研究[D]. 方建.清华大学 2012
本文编号：3537381
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
压电效应：(a)正压电效应；(b)逆压电效应
4_m24mm磷酸二氢钾(KH2PO4)、磷酸二氢铵(N钛酸钡(BaTiO3)323m石英(SiO2)铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)6mm CdS、BeO、ZnO2、ZnS4_3m23GaAs、GaP、InSb、BiGeBi12GeO20、Bi12SiO20电性 种极性类型的晶体中又包括部分热电体、铁电体，具体关电体、铁电体的关系如图 1.2 所示。所有压电体属于介电电体，铁电体又属于热电体。因此压电结构物质具有热释电物质的基本性质。
为获得更大的压电性能，压电陶瓷往往需要电畴发生定向排列，因此要对材料施加外加电场，驱使偶极子定向排列。图 1.3 表示压电陶瓷极化过程的平面示意图。图(a)为未经极化的压电陶瓷，初始状态下压电陶瓷是由晶粒堆砌而成，在不同的晶粒内部各自包含有单一畴结构，或多畴结构，电畴的取向是由自发极化方向确定，方向混乱。因此总电偶极矩之和为零，不显电性。图(b)表示在某一特定方向施加直流电场，可以看到电畴取向不再杂乱无序，电畴取向不断的往外加电场方向靠近，并且伴随着电场的施加，晶体结构出现轻微的变形，沿外加电场方向伸长，垂直外加电场方向发生收缩。这种变形是由于电畴中的偶极矩具有的电负性造成的结果，电畴在电场中受到电场力作用时，电场导致畴壁发生移动获得新畴壁或是发生畴壁扩展。图(c)为撤销外加电场后，此时外加电场为零，外界条件与图(a)保持一致，但此时由于极化过程中施加的电场改变内部电畴的状态，且在一定程度上保持原状态并残余一定的内部应力，电畴以及陶瓷状态并未能恢复到极化前的状态。相较于极化过程中时，其电畴排列的有序度有所降低，此时的自发极化强度不再为零。在外加电场条件下发生的形状变形称之为电致伸缩。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ta2O5掺杂对0.48BCT-0.52BZT陶瓷结构及压电性能的影响[J]. 黄伟,林家齐,杨文龙. 功能材料. 2017(12)
[2]Sm2O3掺杂(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3无铅压电陶瓷的制备与性能[J]. 崔业让,刘心宇,袁昌来,翟霞,胡耀斌,李若雯. 无机材料学报. 2012(07)
[3]关于无铅压电陶瓷及其应用的几个问题[J]. 肖定全. 电子元件与材料. 2004(11)
博士论文
[1]铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的压电性能与电畴结构的研究[D]. 秦亚琳.山东大学 2015
[2]钛酸钡钙基无铅铁电陶瓷的压电性和多铁性研究[D]. 李彩霞.哈尔滨工业大学 2014
[3]KNN和BT高性能无铅压电陶瓷的制备技术及机理研究[D]. 方建.清华大学 2012
本文编号：3537381
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