【摘 要】
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随着科学技术的进步和发展,能源勘察勘探、汽车工业制造、以及航空航天工业对燃料电池和高温压电的材料性能提出了更高的要求标准,钙钛矿钪酸盐由于具有高的居里温度、钒酸盐具有低的合成温度而受到高度的关注。压电材料是可以实现机械能与电能之间直接有效转换的功能电子材料,在传感器、执行器、换能器等领域得到了广泛的应用。（1-x）BiScO3-x PbTiO3是一种新型钙钛矿结构压电材料,兼具高居里温度（Tc=4
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随着科学技术的进步和发展,能源勘察勘探、汽车工业制造、以及航空航天工业对燃料电池和高温压电的材料性能提出了更高的要求标准,钙钛矿钪酸盐由于具有高的居里温度、钒酸盐具有低的合成温度而受到高度的关注。压电材料是可以实现机械能与电能之间直接有效转换的功能电子材料,在传感器、执行器、换能器等领域得到了广泛的应用。（1-x）BiScO3-x PbTiO3是一种新型钙钛矿结构压电材料,兼具高居里温度（Tc=450℃）、高压电活性(d33=460 p C/N)的优点,能够应用在高温条件下的理想材料。BS-PT高温压电陶瓷因为其原材料的价格高（Sc昂贵）、大规模生产被限制等缺点。针对现有的问题,本论文以BS-PT二元体系为基础,选取Sb2O5与Nb2O5作为掺杂元素,系统地研究0.36BiScO3-0.64PbTiO3+0.1%Sb2O5+x%Nb2O5（BS-PTSb-x%Nb2O5）陶瓷的微观结构和电学性能。本论文还以Na2CaV4O12为研究对象,研究了其低温固相反应的动力学过程,探讨了钠离子和电子的导电机制。采用传统固相反应法合成了Sb2O5与Nb2O5掺杂的MPB附近0.36BiScO3-0.64PbTiO3（BS-PTSb-x%Nb2O5）高温压电陶瓷,研究该陶瓷体系的相结构、微观结构以及电学性能。室温XRD表明该陶瓷的晶体结构为三方相和四方相共存。通过两个动态等效能态之间的耦合增强了极化率,优化MPB附近的压电常数和铁电性能。BS-PTSb-1%Nb2O5的陶瓷具有最佳的压电和铁电性能:d33=497p C/N,kp=55.4%,Pr=52.7μC/cm~2,εr=1459,tanδ=0.073,居里温度Tc保持在392°C,同时拥有优异的温度稳定性,样品的退极化温度达到350°C,有望能够在高温压电器件应用领域内的理想材料。介电温谱测试表明,其高温介电弛豫由氧空位的短程电导迁移引起的。采用固相反应法制备了具有复合钙钛矿结构的新型三元固溶体0.05Pb(Sn1/3Nb2/3)O3-（0.95-x）BiScO3-x PbTiO3（PSN-BS-xPT,x=0.605,0.615,0.625,0.635）。XRD表明随着PT的增加相结构发生了从三方相向四方相的转变。该体系的MPB位于x=0.605处。随着PT掺杂量的增加,介电峰的弥散度基本不变,其高温介电弛豫与氧空位的短程迁移有关。热退火实验表明,PSN-BS-xPT压电陶瓷具有良好的温度稳定性。采用传统的固相烧结方法在极低的温度（350-550oC）下合成了Na2CaV4O12并烧结成致密体,Na2CaV4O12陶瓷呈现半导化行为,禁带宽度为2.92 e V。采用原位XRD测试,在510oC下发现了P4/nbm向P4?b2的相变,其中P4/nbm相中氧原子的16n位演化为P4?b2相中两个可区分的8i位。详细研究了Na2CaV4O12的离子导电性,获得了Na2CaV4O12的离子电导率与相结构之间的相关性。低温P4/nbm相的带电载流子主要是钠离子,而在转变相中出现了钠离子和氧离子的混合导电。基于键价的能谱计算揭示了Na+离子在Na2Ca层中的二维间隙扩散机制,以及氧离子在V4O12层中的二维扩散机制。这种新型半导体陶瓷作为电解质在全固态钠离子电池或固体氧化物燃料电池中具有潜在的应用前景。
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