铌酸钾钠基陶瓷材料的制备与性能研究

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铅基压电陶瓷体系被广泛应用在换能器、谐振器、扬声器等领域,但是铅基体系产品在制备、后期使用过程中都会不可避免的产生对人体及环境具有巨大危害的氧化铅,故众多国家都颁布了一系列法律限制含铅体系的应用。(K0.5Na0.5)Nb O3(KNN)基陶瓷是环境友好的ABO3型钙钛矿结构铁电体,这类陶瓷因其良好的铁电、压电、介电性能而被各国学者与研究人员广泛研究。然而,由于碱金属K+、Na+在烧结时极易挥发,制备的陶瓷经常偏离设计组分,因此借助常压烧结的方法较难制备出高度致密、性能优异的陶瓷。本文以KNN基陶瓷为研究对象,系统的探究了不同氧化物离子掺杂对样品的结构、形貌、铁电、压电、介电、发光及阻抗性能的影响。第一,采用固相反应法制备引入Dy3+的(1-x)Na0.5K0.5Nb O3-x Li Sb O3陶瓷,针对该体系PPT区域附近的结构、形貌、电学性能、荧光性能和缺陷化学进行了系统的研究。发现在组分x=0.04的陶瓷样品中正交相(orthorhombic,O)和四方相(tetragonal,T)两相共存,当前组分表现出最佳性能:Pr=32.2 C/cm2,Ec=12.26k V/cm,T c=325 oC,tanδ≤1.5%(250~400 oC)。借助拉曼光谱和光致发光谱快速响应的优点,可以很好地测量NKN-x LS:0.006Dy3+陶瓷中PPT区域附近的相变。第二,探究了(1-x)KNLNTS-x BT陶瓷的相结构、介电性能、阻抗性能和弛豫行为进行了系统研究。通过传统固相反应法制备了(1-x)KNLNTS-x BT陶瓷,随着钛酸钡含量的改变,陶瓷的相结构由O相(0.00≤x≤0.02)变为O-T两相共存(0.022O3对陶瓷的晶相结构、微观形貌、介电性能、极化前后发光性能的影响。发现引入适量Eu3+的KNLNTS:x Eu陶瓷可制备纯相钙钛矿结构。但是,陶瓷的四方性被削弱,陶瓷的晶体对称性得到增强且接近于立方相。增加Eu3+的含量,可获得致密的KNLNTS:x Eu陶瓷,这会降低陶瓷的居里温度且会降低其正交相-四方相的相变温度。通过极化对铁电材料发光强度的调制作用,发现极化会使陶瓷的荧光发射强度降低。合理利用极化对多功能发光铁电材料的调制,为促进显示领域的发展具有重要意义。
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