【摘 要】
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透明铁电陶瓷是一类可以将电、光、机械形变等多个物理量耦合起来的多功能陶瓷材料,它具有高透明性、良好的压电、铁电特性以及优异的电光效应,从而在现代科学技术的发展中展现出许多奇妙功能。极具代表性的透明铁电陶瓷当以铅基材料为主,这是因为含铅的透明铁电陶瓷同时具有优异的电学性能和光学性能。然而,绿色、低碳的新材料技术及产业化的要求使得无铅透明铁电材料的研究迫在眉睫。多年来学者们一直聚焦于铌酸钾钠（KNN）
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透明铁电陶瓷是一类可以将电、光、机械形变等多个物理量耦合起来的多功能陶瓷材料,它具有高透明性、良好的压电、铁电特性以及优异的电光效应,从而在现代科学技术的发展中展现出许多奇妙功能。极具代表性的透明铁电陶瓷当以铅基材料为主,这是因为含铅的透明铁电陶瓷同时具有优异的电学性能和光学性能。然而,绿色、低碳的新材料技术及产业化的要求使得无铅透明铁电材料的研究迫在眉睫。多年来学者们一直聚焦于铌酸钾钠（KNN）基无铅陶瓷的研究,通过掺杂改性可以实现透光性和电性能的耦合,成为铅基透明铁电陶瓷的最佳代替者。但是,目前已有的研究表明,KNN基铁电陶瓷很难兼顾显著的电学性能和优良的直线透光率。因此,本论文从晶界角度出发,以调控晶界质量为策略,采取引入玻璃料淡化晶界以及长大晶粒减少晶界的手段,降低晶界处散射所造成的光损失,期望在提升样品光学透光率的同时获得较为优异的电学性能。对所获得陶瓷的微观结构、光学透光率、相结构、电学性能和储能特性进行系统的研究,协同调控透光性和电性能兼顾的优良透明陶瓷,为无铅透明铁电陶瓷的应用提供备选材料。本文所得主要结论如下:1.选取一种可以细化晶粒提高致密度从而提升样品透光率的SrZrO3作为第二组元对铌酸钾钠陶瓷进行掺杂改性,探索球磨工艺、预烧条件、造粒工艺和烧结条件,采用传统固相法成功制备出具有弛豫特性的（1-x）K0.5Na0.5NbO3-xSrZrO3（x=0.03,0.05,0.07,0.09,0.11;KNN-SZ）透明铁电陶瓷。结果表明:陶瓷的晶粒尺寸和畴尺寸随着SZ含量的增加逐渐减小,晶体结构出现由正交相向伪立方相转变的趋势。陶瓷的光学透光率和块体密度均呈现出先增大后减小的变化趋势,在x=0.09时获得最大值,分别为68%（在近红外区域）和4.66 g/cm3。同时,在0.91KNN-0.09SZ陶瓷中也获得显著的储能性能,在370 kV/cm的外加电场下可回收储能密度达到2.81 J/cm3、储能效率高达80%,优于大多数已报道的KNN基无铅透明陶瓷。此外,0.91KNN-0.09SZ陶瓷的铁电性能具备较好的温度稳定性,充放电速度较快,t0.9=126 ns,同时具有良好的电学性能:d33=95 pC/N,ε m=1162。2.在兼顾优良电学性能和光学透光率的x=0.07组分中,引入可以淡化晶界的玻璃料（La2O3:B2O3:SiO2）作为第三组元,设计并制备出0.93K0.5Na0.5NbO3-0.07SrZrO3-x%（La2O3:B2O3:SiO2）（x=0,0.05,0.10,0.30,0.50;0.93KNN-0.07SZ-x%LBS）陶瓷,研究LBS含量对陶瓷微观形貌、光学透光率、相结构、电学性能及储能特性的影响。结果表明:陶瓷的晶体结构随着La2O3:B2O3:SiO2玻璃料的引入发生了由正交相向立方相的转变,同时极大地提升了样品的介电性能,所有玻璃料掺杂的陶瓷样品室温介电常数均处于6000左右,特别是x=0.05时,最大介电常数可高达将近14000。此外,La2O3:B2O3:SiO2玻璃料的引入有效地抑制了晶粒的生长,在晶粒尺寸最小（～180nm）的0.93KNN-0.07SZ-0.05%LBS陶瓷样品中获得最高的直线透光率（T～72%,2000 nm）。3.通过Li2O掺杂,增大陶瓷晶粒,减少晶界,降低晶界对光的散射,从而进一步提高0.93KNN-0.07SZ陶瓷样品的光学透光率及电学性能,采用传统固相法的工艺流程设计制备出 0.93K0.5Na0.5NbO3-0.07SrZrO3-xLi2O（x=0,0.03,0.07,0.10,0.13;0.93KNN-0.07SZ-xLi2O）陶瓷,研究Li2O含量对陶瓷的微观形貌、相结构、晶粒尺寸、透明性、电学性能和储能密度的影响。结果表明:随着Li2O的引入,陶瓷的相结构呈现由正交相-正交四方混合相-四方相转变的现象,在x≥0.09时产生第二相,并且晶粒尺寸逐渐增大。当Li2O的掺杂含量为0.03时,陶瓷具有最高的直线透光率（T～75%,2000nm）并兼顾良好压电性能(d33=150pC/N)。此外,应变也随Li2O含量的增加先增大后减小,在x=0.03时获得最大值约为0.15%,并具有优异的温度稳定性。
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