【摘 要】
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压电陶瓷作为可以将电能与机械能相互转换的新型功能材料,其材料本身有着优异的物理特性和稳定的化学性质,并且具有成本低廉,易于加工成多种形状等优点,受到了人们的广泛关注。然而传统的铅基压电陶瓷因为会对环境和人类造成危害,所以使得研究和开发高性能的无铅压电陶瓷体系成为了新时代的必然趋势。在无铅压电陶瓷体系中,钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3,简称BNT)陶瓷因为有着居里温度高,机电耦合系数好和铁电
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压电陶瓷作为可以将电能与机械能相互转换的新型功能材料,其材料本身有着优异的物理特性和稳定的化学性质,并且具有成本低廉,易于加工成多种形状等优点,受到了人们的广泛关注。然而传统的铅基压电陶瓷因为会对环境和人类造成危害,所以使得研究和开发高性能的无铅压电陶瓷体系成为了新时代的必然趋势。在无铅压电陶瓷体系中,钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3,简称BNT)陶瓷因为有着居里温度高,机电耦合系数好和铁电压电性能优异等优点而备受关注。但是该材料也有着较高的电导率和矫顽场,极化困难等缺点。因此,本论文通过固溶改性和构建0-3型复合材料的手段对BNT材料进行改性,对其微观结构、压电、介电、铁电、电致应变和储能性能进行了研究。基于固溶改性的方法成功制备了 BNT基的二元固溶体0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07BaTiO3 纳 米 棒（BNT-BT NWs）和（1-x）Bi0.5Na0.5TiO3-x(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3（BNT-xBCZT）以及 BNT 基的三元固溶体（1-x）(0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3)-xBiScO3（BNT-BT-xBS）。BT NWs 的引入可以使得BNT陶瓷完成室温下铁电相到遍历弛豫相的转变,从而获得具有良好温度稳定性的大应变（S=0.17%）。而BCZT的掺杂同样使得BNT逐渐从铁电相转变为遍历弛豫相,并在组分x=0.08时获得优异的应变性能（S=0.46%）。通过将BS引入到BNT-BT的二元固溶体中,成功的将TF-R调节到室温,从而获得0.35%的大应变以及具有0.018 m4/C2的良好热稳定的高电致伸缩系数。通过构建BNT基0-3型复合材料,成功的制备了 0.83(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.17(Bi0.5K0.5)TiO3:xZnO（BNT-BKT:xZnO）和 0.92(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06BaTiO3-0.02(K0.5Na0.5)NbO3:xBi4Ti3O12（BNT-BT-BKT:xBiT）复合陶瓷。前者通过引入ZnO改善BNT陶瓷的压电性能（d33～109pC/N）,并且提高陶瓷压电性能的温度稳定性（120℃时,d33约为初始值的73%）和应变性能的疲劳稳定性（循环105次后,S的变化程度<8%）。后者通过引入BiT,成功的实现了大的应变（S=0.2%）和具有优异的温度稳定性的电致伸缩性能（Q33=0.0327 m4/C2）。利 用 固 溶改性 的 方法制 备 了（1-x）（0.9CaTiO3-0.1BiScO3）-x(0.955Bi0.5Na0.5TiO3-0.045BaAl0.5Ta0.5O3)（（1-x）CT-BS-xBNT-BAT）和（1-x）(0.65Bi0.5Na0.5TiO3-0.35Sr0.85Bi0.1TiO3)-xAgNbO3（BNT-SBT-xAN）来研究其储能特性。前者通过引入线性材料CT-BS,成功的提高击穿场强和降低剩余极化强度,实现了优异的储能性能（Wrec=3.13 J/cm3和η=88.4%）,并且获得了良好的频率和疲劳稳定性。后者通过SBT来调节BNT基和AN基陶瓷的优缺点,实现了Wrec=4.53J/cm3和η=86.7%的出色的储能性能和较为优异的温度、频率和疲劳稳定性。
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