BiFeO 3 -BaTiO 3 基高温无铅压电陶瓷制备及掺杂改性
发布时间：2021-12-31 20:56
近年来BiFeO3基无铅压电陶瓷以其高的居里温度（Tc=830℃）而备受关注。与BaTiO3形成的BiFeO3-BaTiO3固溶体在室温时存在三方相（R）和伪立方相（PC）共存的相结构,因此表现出较好的压电性能和高的居里温度（Tc≥600℃）,但其差的绝缘性能和高的介电损耗导致陶瓷难以充分极化和电滞回线的不饱和。因此,有必要研究该体系绝缘性能的提升机理,以获得高绝缘性能和低介电损耗的陶瓷。本文拟通过实验原料优化、焙烧温度优化、第三元掺杂以及组元优化,制备高绝缘性能和高压电性能的BiFeO3-BaTiO3基无铅陶瓷,深入研究实验原料、焙烧温度、第三元掺杂和组元优化与陶瓷样品相结构和电学性能的关联,并揭示电学性能的增强机理。以BaCO3/TiO2/Bi2O3/Fe2O3（SBC）和纳米BaTiO3/Bi2O3/Fe2O3（SBT）为实验原料,采用传统固相反应法制备组分在MPB附近的0.7BiFeO3-0.3BaTiO3陶瓷,并系统研究了两类陶瓷相结构、Bi挥发行为、反应机理、微观形貌以及电学性能。两种陶瓷表现出不同的反应路径,但均为R和PC两相共存。相比于传统的BaCO3/TiO2原料,纳...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１压电效应示意图??－３?－??
会形成正或负的电荷，且压力和电荷密度成正比。这种在没有外电场影响的??情况下，由于机械应力（拉应力，压应力，和剪切应力）的作用使晶体产生极化，??形成晶体表面电荷的现象称为正压电效应［２２］。晶体的压电效应如图２－１所示。??与上述情况相反的是，对具有压电效应的介质晶体施加外电场，在外电??场的作用下介质晶体内部的正负电荷中心产生相对位移，同时介质晶体产生??一定程度的形变，根据施加电场方向的不同会产生伸长或者收缩的形变。介??质晶体由外电场而产生的形变的现象称为逆压电效应［２２］。??介质晶体是否具有压电效应，这取决于介质晶体的结构和结构对称性。??介质晶体正因具有非对称中心才表现出压电效应，在３２种点群中，有２１种??点群是非对称中心的，其中，４３２点群由于对称性较高不具有压电效应，其他??２０种点群对应的介质晶体都具有压电效应。此外含有固有电偶极矩的晶体叫??做极性晶体。在上述的２０种没有对称中心的晶体中，仅有１０种是极性晶体，??即晶胞中具有自发极化。此外
陶瓷不呈现压电性。极化是指陶瓷在高压直流电场作用下各晶粒的自发极化??方向沿着最靠近电场的可能方向排列，并且陶瓷在撤销施加电场后晶粒内仍??保持一定的极化偏转，如图２－３所示。??ｍｍｍ?ａＶ１??４?ｔ?长??嚇用时艄长，?￣￣Ｙ??（ａ）极化前?极化过程中?（ｃ）极化后??图２－３压电陶瓷的极化??压电陶瓷经过极化后具有各向异性，即在不同方向上，每项性能参数的??数值不同，因此，压电陶瓷的各项性能参数比各向同性的电介质陶瓷多，例??如，介电性能参数有介电常数和介质损耗；压电性能参数有压电常数和机电??耦合系数；弹性性能参数有弹性常数和机械品质因子。此外，压电陶瓷还有??居里温度ｒｃ、频率常数以及老化性能和温度稳定性有关的参数等［２５，２６］。现分??别介绍如下：??（１）压电常数［２７］??压电常数＊３是压电材料所特有的一个重要参数，它可以反映材料的压??电性能。一般来说
【参考文献】：
期刊论文
[1]Bi0.5Na0.5TiO3-Ba(Al0.5Sb0.5)O3陶瓷的压电、铁电特性及场致应变效应[J]. 杨博琛,于思龙,王春明. 电子元件与材料. 2018(02)
[2]Bi过量以及冷却方式对BiFeO3-BaTiO3陶瓷的相结构及电学性能的影响[J]. 马剑,张波萍,陈建银. 无机材料学报. 2017(10)
[3]Nb、Ta掺杂Na0.5Bi4.5Ti4O15铋层状陶瓷的性能研究[J]. 邵虹,江向平,傅小龙,涂娜,李小红. 压电与声光. 2015(02)
[4]BiAlO3基高温无铅压电陶瓷的研究进展[J]. 侯育冬,崔磊,王赛,王超,朱满康,严辉. 无机材料学报. 2010(03)
[5]无铅压电陶瓷的器件应用分析[J]. 尹奇异,廖运文,赁敦敏,肖定全. 压电与声光. 2006(02)
[6]铋层状结构无铅压电陶瓷的研究与进展——无铅压电陶瓷20年发明专利分析之三[J]. 赁敦敏,肖定全,朱建国,余萍,鄢洪建. 功能材料. 2003(05)
[7](Na0.5Bi0.5)TiO3基无铅压电陶瓷研究进展[J]. 侯育冬,崔斌,高峰,杨祖培,田长生. 材料导报. 2002(04)
[8]大各向异性改性PbTiO3压电陶瓷研究及进展[J]. 何云斌,彭炜,周桃生,邝安祥. 湖北大学学报(自然科学版). 1999(04)
博士论文
[1]钪酸铋—钛酸铅高温压电陶瓷的性能优化及其器件应用[D]. 赵天龙.山东大学 2016
硕士论文
[1]高温铋层状结构SrBi4Ti4O15压电陶瓷的性能及温度稳定性研究[D]. 曹召鹏.山东大学 2014
本文编号：3560964
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１压电效应示意图??－３?－??
会形成正或负的电荷，且压力和电荷密度成正比。这种在没有外电场影响的??情况下，由于机械应力（拉应力，压应力，和剪切应力）的作用使晶体产生极化，??形成晶体表面电荷的现象称为正压电效应［２２］。晶体的压电效应如图２－１所示。??与上述情况相反的是，对具有压电效应的介质晶体施加外电场，在外电??场的作用下介质晶体内部的正负电荷中心产生相对位移，同时介质晶体产生??一定程度的形变，根据施加电场方向的不同会产生伸长或者收缩的形变。介??质晶体由外电场而产生的形变的现象称为逆压电效应［２２］。??介质晶体是否具有压电效应，这取决于介质晶体的结构和结构对称性。??介质晶体正因具有非对称中心才表现出压电效应，在３２种点群中，有２１种??点群是非对称中心的，其中，４３２点群由于对称性较高不具有压电效应，其他??２０种点群对应的介质晶体都具有压电效应。此外含有固有电偶极矩的晶体叫??做极性晶体。在上述的２０种没有对称中心的晶体中，仅有１０种是极性晶体，??即晶胞中具有自发极化。此外
陶瓷不呈现压电性。极化是指陶瓷在高压直流电场作用下各晶粒的自发极化??方向沿着最靠近电场的可能方向排列，并且陶瓷在撤销施加电场后晶粒内仍??保持一定的极化偏转，如图２－３所示。??ｍｍｍ?ａＶ１??４?ｔ?长??嚇用时艄长，?￣￣Ｙ??（ａ）极化前?极化过程中?（ｃ）极化后??图２－３压电陶瓷的极化??压电陶瓷经过极化后具有各向异性，即在不同方向上，每项性能参数的??数值不同，因此，压电陶瓷的各项性能参数比各向同性的电介质陶瓷多，例??如，介电性能参数有介电常数和介质损耗；压电性能参数有压电常数和机电??耦合系数；弹性性能参数有弹性常数和机械品质因子。此外，压电陶瓷还有??居里温度ｒｃ、频率常数以及老化性能和温度稳定性有关的参数等［２５，２６］。现分??别介绍如下：??（１）压电常数［２７］??压电常数＊３是压电材料所特有的一个重要参数，它可以反映材料的压??电性能。一般来说
【参考文献】：
期刊论文
[1]Bi0.5Na0.5TiO3-Ba(Al0.5Sb0.5)O3陶瓷的压电、铁电特性及场致应变效应[J]. 杨博琛,于思龙,王春明. 电子元件与材料. 2018(02)
[2]Bi过量以及冷却方式对BiFeO3-BaTiO3陶瓷的相结构及电学性能的影响[J]. 马剑,张波萍,陈建银. 无机材料学报. 2017(10)
[3]Nb、Ta掺杂Na0.5Bi4.5Ti4O15铋层状陶瓷的性能研究[J]. 邵虹,江向平,傅小龙,涂娜,李小红. 压电与声光. 2015(02)
[4]BiAlO3基高温无铅压电陶瓷的研究进展[J]. 侯育冬,崔磊,王赛,王超,朱满康,严辉. 无机材料学报. 2010(03)
[5]无铅压电陶瓷的器件应用分析[J]. 尹奇异,廖运文,赁敦敏,肖定全. 压电与声光. 2006(02)
[6]铋层状结构无铅压电陶瓷的研究与进展——无铅压电陶瓷20年发明专利分析之三[J]. 赁敦敏,肖定全,朱建国,余萍,鄢洪建. 功能材料. 2003(05)
[7](Na0.5Bi0.5)TiO3基无铅压电陶瓷研究进展[J]. 侯育冬,崔斌,高峰,杨祖培,田长生. 材料导报. 2002(04)
[8]大各向异性改性PbTiO3压电陶瓷研究及进展[J]. 何云斌,彭炜,周桃生,邝安祥. 湖北大学学报(自然科学版). 1999(04)
博士论文
[1]钪酸铋—钛酸铅高温压电陶瓷的性能优化及其器件应用[D]. 赵天龙.山东大学 2016
硕士论文
[1]高温铋层状结构SrBi4Ti4O15压电陶瓷的性能及温度稳定性研究[D]. 曹召鹏.山东大学 2014
本文编号：3560964
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