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钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3)基陶瓷具有优良的压电性能和铁电性能,是具有潜力取代铅基陶瓷的一种无铅压电材料候选材料,在压电驱动器、敏感传感器、脉冲储能电容器等领域有广阔的应用前景。基于准同相界区组成0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07Ba TiO3陶瓷(本文简称为BNT-7BT)具有优良的压电铁电性能,以及离子对改性能进一步提高压电陶瓷的电性能,以钙钛矿结构的BNT-7BT陶瓷为基体材料,采用传统固相合成法制备了离子对(Nb5+-Cr3+)改性陶瓷[(Ba0.5Na0.5)0.93Ba0.07Ti1-x(Nb0.5Cr0.5)xO3,x=0,0.5%,1%,2%,2.5%,5%),本文简称为BNBT-xNC陶瓷],通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼散射光谱、阻抗分析仪、综合铁电测试系统等表征手段,系统研究了BNBT-xNC陶瓷的微观结构、弱场/高场压电性能、介电性能及铁电性能,分析了离子对(Nb5+-Cr3+)掺杂对陶瓷微观结构与电性能影响规律,主要结果如下:(1)研究了BNBT-xNC陶瓷极化前后的晶体结构和弱场压电性能。XRD和拉曼光谱分析表明,离子对(Nb5+-Cr3+)对极化前BNBT-xNC陶瓷的晶体结构影响不明显,所有组成均为伪立方相。极化后BNBT-xNC陶瓷晶体结构受离子对含量的影响非常显著,随离子对含量增加,BNBT-xNC陶瓷从四方相(x=0%),转变为四方相-伪立方相共存(0.5%≤x≤2.5%),在x=5%时,转变为伪立方相。陶瓷表面形貌结果表明,随着离子对(Nb5+-Cr3+)含量增大,其平均晶粒尺寸由8.74μm降低到3.98μm。弱场压电性能测试表明,压电常数d33和平面机电耦合系数kp在0≤x≤2%范围内递增,在2.5%≤x≤5%范围内下降。适量离子对(Nb5+-Cr3+)改性明显提高弱场压电响应,在x=2%时,d33与kp达到最大值d33=200 p C/N和kp=0.49。(2)研究了BNBT-xNC陶瓷极化前后的介电温谱。结果表明,极化前BNBT-xNC陶瓷表现出频率色散和弥散相变的弛豫特性,介电常数最大值εm与最大值对应的温度Tm随离子对含量增加单调降低。对比极化前后的介电温谱,发现离子对(Nb5+-Cr3+)改性明显改变陶瓷的铁电弛豫特性,在较低掺杂浓度下(0%≤x≤1%)为非遍历弛豫态,随含量增加(1%≤x≤2.5%),出现非遍历-遍历弛豫态共存,最后转变为遍历弛豫态(x=5%)。(3)研究了BNBT-xNC陶瓷不同电场和温度下的铁电性能和高场应变性能。结果表明,离子对含量对室温下初始态铁电性能与应变性能产生明显的影响。在离子对含量较低时,初始态陶瓷的电滞回线、电流曲线、应变曲线与第二次电场作用下的特性存在显著差异,随含量增加这种差异减弱,最后基本消失,其对应着非遍历-非遍历/遍历共存-遍历弛豫铁电态转变。随离子对含量增加,最大应变Smax及应变压电常数d*33先增加后降低,在非遍历-遍历铁电弛豫态共存的组成(x=2.0%)达到最大值Smax=0.22%,d*33=431pm/V。不同电场下的电性能研究表明,随着电场增大,陶瓷铁电性增强,应变性能增加,Smax、正向压电常数d*33S+、负向压电常数d*33S-随着电场增加而增加。变温双极电性能研究表明,随着温度的升高,双极电滞回线、电流密度曲线、应变曲线性质有明显的差异,低于TF-R时随着温度升高,d*33增加;在TF-R附近(略低于TF-R)随温度升高,陶瓷发生相转变,d*33S+增加且增幅较大,d*33S-减小;高于TF-R时陶瓷为遍历弛豫态,Smax、d*33减小。单极应变压电常数d*33的结果表明,在离子对含量较低的非遍历弛豫态的组成范围内(0≤x≤0.5%),d*33随温度的增加一直增加;非遍历-遍历铁电弛豫态共存的组成(x=2.5%)范围内,其d*33先增加后降低;而在遍历铁电弛豫态的组成(x=5.0%)内,其d*33一直降低。