本文關(guān)鍵詞：鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷的制備與電致應(yīng)變性能研究

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【摘要】：壓電陶瓷在現(xiàn)代社會中扮演著重要的角色,廣泛地應(yīng)用于傳感器、驅(qū)動器、超聲波馬達(dá)以及濾波器等電子器件。鈦酸鉍鈉(Bi0.5Na0.5TiO3,簡稱BNT)具有優(yōu)良的鐵電性和較大的機(jī)電耦合系數(shù),被認(rèn)為是最具潛力的無鉛壓電材料之一。2007年,人們在對BNT進(jìn)行摻雜改性時發(fā)現(xiàn)了大電致應(yīng)變效應(yīng)。但引發(fā)大電致應(yīng)變效應(yīng)所需電場強(qiáng)度往往高于壓電陶瓷實(shí)際工作環(huán)境,不利于其實(shí)用化。為此人們進(jìn)行了諸多探索,并利用構(gòu)建弛豫相-鐵電相復(fù)相陶瓷的方法,成功降低了大電致應(yīng)變效應(yīng)所需電場強(qiáng)度。據(jù)此,本論文先制備BNT基二元固溶體以期獲得大電致應(yīng)變無鉛壓電陶瓷體系。再以此為基礎(chǔ)制備復(fù)相無鉛壓電陶瓷,以探究復(fù)相陶瓷在低電場下的電致應(yīng)變性能,并且研究了這些材料的結(jié)構(gòu)、介電性質(zhì)、鐵電性能以及壓電性能。(1)我們在BNT中引入SrTiO3(ST),構(gòu)建了(1-x)BNT-xST(0.2≤x≤0.28)無鉛壓電陶瓷體系。X線衍射結(jié)果表明所有組分均形成了純的鈣鈦礦結(jié)構(gòu),并呈準(zhǔn)立方相。介電性質(zhì)表明,在x≥0.22時體系表現(xiàn)出明顯的弛豫鐵電體特征。鐵電性能表明,在BNT中引入ST降低了體系的鐵電性,并在x≥0.22時觀察到了類似反鐵電體的電滯回線,表明ST破壞了BNT中的長程鐵電疇并形成了非極性相。電致應(yīng)變性能表明,在超過50 kV/cm的電場作用下,體系的單極應(yīng)變值在x=0.26時達(dá)到最大,其在30、40、50、60及70 kV/cm的電場下d33*分別達(dá)到259、412、521、488及463 pm/V。(2)基于對BNT-ST體系的研究,我們在0.74BNT-0.26ST的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了(1-y)(0.74BNT-0.26ST)-yBT(0.1≤y≤0.4)復(fù)相無鉛壓電陶瓷體系。在顯微結(jié)構(gòu)表征中觀察到了兩種不同晶粒的存在。介電性質(zhì)表明,體系依然表現(xiàn)出弛豫特征。鐵電性能表明,BT的引入顯著增強(qiáng)了體系的鐵電性。電致應(yīng)變性能表明,在30kV/cm的電場作用下,y=0.2的組分獲得了最大的單極應(yīng)變(～0.10%),此時d33*=344pm/V。在低電場下的大電致應(yīng)變效應(yīng)來源于復(fù)相陶瓷中改變了的電場分布,該結(jié)構(gòu)中弛豫相的電場強(qiáng)度得到提高,從而使得大電致應(yīng)變效應(yīng)可以在低電場下實(shí)現(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：電致應(yīng)變 復(fù)相壓電陶瓷 馳豫鐵電體 鈦酸鉍鈉
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-35
• 1.1 引言12
• 1.2 壓電陶瓷理論概述12-18
• 1.2.1 壓電效應(yīng)12-13
• 1.2.2 鐵電體13-15
• 1.2.3 弛豫鐵電體15-16
• 1.2.4 壓電陶瓷的主要性能參數(shù)16-18
• (1) 壓電常數(shù)17
• (2) 機(jī)電耦合系數(shù)17
• (3) 居里溫度17
• (4) 機(jī)械品質(zhì)因數(shù)17-18
• (5) 介電常數(shù)18
• (6) 介電損耗18
• 1.3 無鉛壓電陶瓷18-27
• 1.3.1 壓電陶瓷發(fā)展歷史18-20
• 1.3.2 無鉛壓電陶瓷的研究意義20-21
• 1.3.3 常見的無鉛壓電陶瓷21-23
• (1) BaTiO_3基無鉛壓電陶瓷21-22
• (2) K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3基無鉛壓電陶瓷22-23
• (3) Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3基無鉛壓電陶瓷23
• 1.3.4 大電致應(yīng)變BNT基無鉛壓電陶瓷23-25
• 1.3.5 復(fù)相BNT基無鉛壓電陶瓷25-27
• 1.4 本課題研究內(nèi)容及設(shè)計(jì)思路27-29
• 參考文獻(xiàn)29-35
• 第二章 鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷的制備過程及性能表征35-44
• 2.1 引言35
• 2.2 實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)驗(yàn)儀器35-36
• 2.3 陶瓷樣品制備工藝流程36-41
• 2.3.1 配料36-37
• 2.3.2 球磨37
• 2.3.3 預(yù)燒37-38
• 2.3.4 二次球磨38
• 2.3.5 造粒與壓片成型38-39
• 2.3.5 排塑39
• 2.3.6 燒結(jié)39-40
• 2.3.7 磨片及被電極40
• 2.3.8 極化40-41
• 2.4 陶瓷樣品結(jié)構(gòu)與性能表征41-42
• 2.4.1 顯微結(jié)構(gòu)及相結(jié)構(gòu)分析41
• 2.4.2 鐵電性能分析41
• 2.4.3 壓電性能分析41
• 2.4.4 介電性質(zhì)分析41-42
• 2.5 小結(jié)42
• 參考文獻(xiàn)42-44
• 第三章 鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶無鉛壓電陶瓷體系的性能研究44-59
• 3.1 引言44
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論44-56
• 3.2.1 BNT-xST無鉛壓電陶瓷體系相結(jié)構(gòu)44-46
• 3.2.2 BNT-xST無鉛壓電陶瓷體系顯微結(jié)構(gòu)46-47
• 3.2.3 BNT-xST無鉛壓電陶瓷體系介電性質(zhì)47-48
• 3.2.4 BNT-xST無鉛壓電陶瓷體系鐵電性能48-51
• 3.2.5 BNT-xST無鉛壓電陶瓷體系電致應(yīng)變性能51-56
• 3.3 小結(jié)56-57
• 參考文獻(xiàn)57-59
• 第四章 鈦酸鉍鈉-鈦酸鍶-鈦酸鋇無鉛壓電陶瓷體系的性能研究59-73
• 4.1 引言59
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論59-71
• 4.2.1 BNT-ST-yBT無鉛壓電陶瓷體系相結(jié)構(gòu)59-60
• 4.2.2 BNT-ST-yBT無鉛壓電陶瓷體系顯微結(jié)構(gòu)60-62
• 4.2.3 BNT-ST-yBT無鉛壓電陶瓷體系介電性質(zhì)62-63
• 4.2.4 BNT-ST-yBT無鉛壓電陶瓷體系鐵電性能63-65
• 4.2.5 BNT-ST-yBT無鉛壓電陶瓷體系電致應(yīng)變性能65-69
• 4.2.6 復(fù)相與固溶體無鉛壓電陶瓷性能對比69-71
• 4.3 小結(jié)71
• 參考文獻(xiàn)71-73
• 第五章 結(jié)論與展望73-75
• 5.1 結(jié)論73-74
• 5.2 展望74-75
• 攻讀碩士期間學(xué)術(shù)成果75-76
• 致謝76-77

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