本文選題：鈦酸鉍鈉　切入點(diǎn)：鐵電　出處：《合肥工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：鈦酸鉍鈉(Bi0.5Na0.5TiO3簡(jiǎn)稱BNT)是一種A位復(fù)合離子結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦型壓電材料,在室溫下具有菱方相(R3c)結(jié)構(gòu),并且具有高居里溫度(Tc-320℃)和較大的剩余極化強(qiáng)度(Pr～38μC/cm2),因此它被認(rèn)為是一種最有前景的無(wú)鉛壓電和鐵電材料之一。本文采用傳統(tǒng)固相法合成陶瓷材料,詳細(xì)地分析了組成與結(jié)構(gòu)、性能之間的關(guān)系,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析了BNT基陶瓷的相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,介電弛豫特性、鐵電性質(zhì)以及壓電性質(zhì)。另外在此基礎(chǔ)上,制備了BNT基無(wú)鉛壓電陶瓷／環(huán)氧樹(shù)脂1-3型壓電復(fù)合材料并且探討了其電學(xué)性能與陶瓷體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系。本論文研究可分為以下三個(gè)部分：1.由于BNT陶瓷本身固有的缺陷,比如高的矯頑場(chǎng)和漏導(dǎo),在實(shí)際的運(yùn)用中受到了極大的限制。通過(guò)與PbTiO3進(jìn)行復(fù)合,一定程度上改善了該體系的整體性能。由于0.84BNT-0.16PT在室溫下是四方相,加入另一菱方相物質(zhì)來(lái)形成相界以此進(jìn)一步提高電學(xué)性能。鈮鎂酸鉛(PMN)在室溫下是偽立方結(jié)構(gòu),并且具有比較大的介電常數(shù)和較強(qiáng)的頻率色散。通過(guò)把PMN加入到0.84BNT-0.16PT中,基體的四方性逐漸減弱,并且當(dāng)PMN的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到37.5%時(shí),四方相和偽立方相共存,此時(shí)壓電性能達(dá)到最優(yōu)。當(dāng)繼續(xù)增加PMN的含量到42.5%時(shí),在7kV/mm外電場(chǎng)的作用下誘發(fā)出較大的應(yīng)變S-0.3%,這是由于該組成靠近各態(tài)歷經(jīng)-非各態(tài)歷經(jīng)相界的緣故。值得注意的是,在該體系中,我們通過(guò)組成和溫度調(diào)制過(guò)后發(fā)現(xiàn),某一特定組成電流密度曲線出現(xiàn)了較為異常的情況。結(jié)合同步輻射及其相關(guān)表征手段我們初步探究了電流密度峰異常的原因。在這一章的基礎(chǔ)上,我們固定PMN含量,合成了三元體系(0.7-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xPbTiO3-0.3 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3,系統(tǒng)地分析了隨著PT含量的變化,該體系的相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,組成依賴的介電、鐵電和壓電性能。另外,在本章節(jié)我們根據(jù)在不同電場(chǎng)強(qiáng)度下的電滯回線P-E,雙極應(yīng)變曲線、單級(jí)應(yīng)變曲線S-E,電流密度曲線J-E的演變情況,由此做出了對(duì)P-E、S-E和J-E曲線在升電場(chǎng)和降電場(chǎng)的分區(qū),以及有了不同電場(chǎng)下的疇結(jié)構(gòu)演變的猜想。2.鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電陶瓷鈮鎳酸鋇Ba(Ni0.5Nbo.5)O3 (BNN),在室溫下是立方相結(jié)構(gòu),具有彌散性相變的特點(diǎn),并且它具有較大的容忍因子t=1.064 (RBa2+=1.61 A, RNi3+=0.56 A和RNb5+=0.64 A)。由于BNT在室溫下是菱方相結(jié)構(gòu),當(dāng)把BNN摻入到BNT基體中與其形成固溶體時(shí),不僅形成了菱方相-偽立方相的相界,而且在位于偽立方相一側(cè)發(fā)生了較大的應(yīng)變。在BNT-xBNN二元體系中,當(dāng)x=0.045即鐵電菱方相和偽立方相共存時(shí),獲得了較高的靜態(tài)壓電系數(shù)d33～121pC/N和平面機(jī)電耦合系數(shù)kp-0.27。繼續(xù)增加BNN含量達(dá)到x=0.05時(shí),壓電性能與機(jī)電耦合性能迅速消失,且在7 kV/mm電場(chǎng)的誘發(fā)下獲得較大的應(yīng)變值0.3%(d33*～425pm/V)。3.通過(guò)改善的切割-填充法制作了微米尺度的0.96Bi0.5(Na0.84K0.16)0.5TiO3-0.04 SrTiO3陶瓷/環(huán)氧樹(shù)脂(BNKT-ST/epoxy) 1-3型壓電復(fù)合材料。通過(guò)調(diào)節(jié)陶瓷含量的體積分?jǐn)?shù),當(dāng)陶瓷相的體積分?jǐn)?shù)v=0.276時(shí),1-3型復(fù)合材料顯示出良好的電學(xué)性能：相對(duì)較高的壓電應(yīng)變常數(shù)d33～104 pC/N,較高的壓電電壓系數(shù)g33-91.5×10-3m2/C,高的厚度方向上的機(jī)電耦合系數(shù)kt-0.547,適中的介電常數(shù)ε_(tái)r～128.4和相對(duì)較低的聲阻抗值Z～9 Maryls。與此同時(shí),厚度振動(dòng)模式上獲得一個(gè)純凈的單峰并且它的諧振頻率超過(guò)2 MHz。這些優(yōu)良的結(jié)果足以顯示低陶瓷體積分?jǐn)?shù)下的1-3型壓電復(fù)合材料更適用于醫(yī)學(xué)超聲換能器和無(wú)損檢測(cè)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB33

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本文編號(hào)：1597600