【摘要】：壓電陶瓷作為21世紀(jì)一種重要的信息功能材料,在人類生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域受到非常廣泛的應(yīng)用。隨著社會的不斷發(fā)展,人們對壓電陶瓷材料性能的要求也越來越高,開發(fā)具有高性能的壓電陶瓷材料已勢在必行。以PNN-PZT基壓電陶瓷為代表,因其具有較高的壓電性能,而受到廣泛的關(guān)注,本文將采用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法,通過添加新組元以及離子摻雜兩種方式對PNN-PZT基壓電陶瓷進(jìn)行改性,具體內(nèi)容如下:(1)首先以PMS-PNN-PZT四元系壓電陶瓷為研究對象,通過優(yōu)化PMS與PNN-PZT之間的比例,找到性能最佳的陶瓷配方。研究發(fā)現(xiàn),PMS-PNN-PZT陶瓷具有非常明顯的介電弛豫行為,且PMS系可以顯著降低體系的介電損耗值,當(dāng)PMS含量為1 mol%時(shí),陶瓷壓電性能最佳:d33=725 p C/N、kp=0.57、εr=5930、tanδ=0.654%、γ=1.9937、Tc=130℃,并以此為基礎(chǔ)配方,對壓電陶瓷體系進(jìn)行摻雜改性研究;(2)研究等價(jià)離子氧化物Sr CO3對PMS-PNN-PZT基壓電陶瓷相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、壓電性能以及介電性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),摻雜Sr2+有助熔作用,適量的摻雜有助于晶粒的生長,促進(jìn)晶粒長大,提高壓電性能,當(dāng)Sr CO3含量為1 mol%時(shí),具有最佳性能:d33=818 p C/N、kp=0.61、εr=6998、tanδ=0.905%、γ=1.9076、Tc=115℃。并在上述實(shí)驗(yàn)最佳結(jié)果的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步添加La2O3,通過對比可以發(fā)現(xiàn),摻入La3+明顯降低了體系的壓電性能;(3)研究低價(jià)離子氧化物Co2O3對PMS-PNN-PZT基壓電陶瓷相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、壓電性能以及介電性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),所有樣品均呈單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu),當(dāng)Co2O3摻雜含量為0.4 wt.%時(shí),樣品具有最佳的電學(xué)性能值:d33=768 p C/N、kp=0.63、εr=6011、tanδ=0.8%、γ=1.9399、Tc=131℃;(4)研究高價(jià)離子氧化物Ta2O5對PMS-PNN-PZT基壓電陶瓷相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、壓電性能以及介電性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),適量的摻雜有益于晶粒的生長,提高陶瓷的致密性,當(dāng)Ta2O5的摻雜含量為0.4 wt.%時(shí),體系壓電性能最佳。通過鐵電性能分析,此時(shí)樣品剩余極化強(qiáng)度達(dá)到最大,且矯頑場較小,鐵電性能達(dá)到最佳。綜上,最佳性能值分別為:d33=805 p C/N、kp=0.66、εr=6838、tanδ=1.4%、γ=1.9618、Tc=118.5℃、Pr=21.91μC/cm2、Ec=3.652 k V/cm。
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ174.75
【圖文】：

1.1.1 壓電效應(yīng)壓電陶瓷是一種具有機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的多晶體材料，已成為 21 世紀(jì)重要的信息功能材料之一[1-3]。19 世紀(jì) 80 年代初居里兄弟通過對電氣石以及石英施加應(yīng)力時(shí)，產(chǎn)生了電荷，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了壓電性。隨后，他們又發(fā)現(xiàn)了逆壓電效應(yīng)。當(dāng)對壓電陶瓷施加外應(yīng)力時(shí)，其表面會發(fā)生收縮形變現(xiàn)象，使得壓電陶瓷內(nèi)部的剩余極化強(qiáng)度降低，內(nèi)部表面束縛電荷減少，多余的自由電荷出現(xiàn)在壓電陶瓷的兩端，就會出現(xiàn)放電現(xiàn)象[4]，如圖 1-1（a）所示。這種由“壓”產(chǎn)生“電”的效應(yīng)稱作正壓電效應(yīng)，即機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)化。當(dāng)對壓電陶瓷施加一個(gè)沿極化方向的電場時(shí)，陶瓷的剩余極化強(qiáng)度會出現(xiàn)相應(yīng)的變化，其表面產(chǎn)生伸縮形變，如圖 1-1（b）所示。這種由“電”產(chǎn)生“伸縮”的效應(yīng)稱作逆壓電效應(yīng)，即電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化[5]。

NN-PZT 體系[25-28]具有較高的彌散系數(shù)值，陶瓷的介電弛豫程鐵電體來說，彌散系數(shù) γ 值可通過修正的居里-外斯（Curie-擬合得出：1 1 =( ) , T ≥ Tm, 1 ≤ γ ≤ 2 (1-8)，m為介電常數(shù)的最大值；Tm為m所對應(yīng)的溫度，單位用℃-Weiss 常數(shù)。（P-E 曲線）強(qiáng)的交變電場作用下，鐵電體的極化強(qiáng)度 P 隨外電場呈非線性度范圍內(nèi)，極化強(qiáng)度（P）表現(xiàn)為電場（E）的雙值函數(shù)，并表個(gè) P-E 曲線被稱之為電滯回線，如圖 1-2 所示。從電滯回線能電體的自發(fā)極化強(qiáng)度（Ps），剩余極化強(qiáng)度（Pr）以及矯頑場小。

第一章 緒論鉛壓電陶瓷壓電陶瓷中最具代表性的是鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，化學(xué))O3（簡稱 PZT），在 20 世紀(jì) 50 年代，被美國學(xué)者所發(fā)現(xiàn)、介電、熱釋電及鐵電性能而廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)生活中各個(gè)體 PbTiO3以及反鐵電體 PbZrO3結(jié)合形成的二元固溶體。典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)壓電陶瓷，其通式為 ABO3，如圖 1-3 BO3結(jié)構(gòu)中的 A 位，Zr4+和 Ti4+共同占據(jù)在 B 位上。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2746544