【摘 要】
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在市场和环境两大需求的共同推动下,研发高性能的环保压电材料成为近些年来国内外的研究热点。二元BNT基无铅压电陶瓷（1-x）Bi0.5Na0.5Ti O3-x Ba Ti O3陶瓷在其准同型相界范围内具有优异的电学性能,被认为是铅基压电陶瓷强有力的替代者。本论文选择0.93BNT-0.07BT陶瓷作为研究对象,通过改变工艺参数、异尺寸离子掺杂和异价态离子掺杂改变其力电自适应条件,建立所需的电畴结构,
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在市场和环境两大需求的共同推动下,研发高性能的环保压电材料成为近些年来国内外的研究热点。二元BNT基无铅压电陶瓷（1-x）Bi0.5Na0.5Ti O3-x Ba Ti O3陶瓷在其准同型相界范围内具有优异的电学性能,被认为是铅基压电陶瓷强有力的替代者。本论文选择0.93BNT-0.07BT陶瓷作为研究对象,通过改变工艺参数、异尺寸离子掺杂和异价态离子掺杂改变其力电自适应条件,建立所需的电畴结构,并以此来调控其电学性能,研究三种调控方法对其微观结构、力学性能和电学性能的影响。研究内容及结论如下:（1）系统地研究了降温速率对0.93BNT-0.07BT陶瓷的晶体结构、表面形貌、介电、力学、铁电和压电性能的影响。研究结果表明,一步法陶瓷样品的晶粒尺寸大于两步法陶瓷样品的晶粒尺寸,且均对降温速率不敏感。减慢降温速率能够在陶瓷样品内部产生局部应力,改变其低场压电常数和高场电致应变。当采用两步制备法、降温速率为1°C/min时,d33=184p C/N为陶瓷样品的最大d33。当采用两步制备法、降温速率>10°C/min时,Smax=0.21%为陶瓷样品的最大Smax。（2）系统地研究了保温时间对0.93BNT-0.07BT陶瓷的晶体结构、表面形貌、介电、力学、铁电和压电性能的影响。研究结果表明,一步法陶瓷样品的晶粒尺寸大于两步法陶瓷样品的晶粒尺寸,且均随着保温时间的延长呈现出逐渐增大的趋势。延长保温时间能够在陶瓷样品内部产生局部应力,改变其低场压电常数和高场电致应变。当采用两步制备法、保温时间为5h时,d33=166p C/N为陶瓷样品的最大d33;当采用两步制备法、保温时间为2h时,Smax=0.22%为陶瓷样品的最大Smax。（3）系统地研究了A位Sr2+掺杂对0.93BNT-0.07BT陶瓷的晶体结构、表面形貌、介电、力学、铁电和压电性能的影响。研究结果表明,随着Sr2+的掺杂量的增加,陶瓷样品逐渐由四方相转变为三方相,x=0.3为四方相与三方相共存的准同型相界。适量Sr2+掺杂能够增大陶瓷样品的晶粒尺寸,过量Sr2+掺杂则使得陶瓷样品的晶粒尺寸减小。Sr2+取代Ba2+能够在陶瓷样品内部产生局部应力,改变其低场压电常数和高场电致应变。当x=0.1时,d33=159p C/N为陶瓷样品的最大d33。当x=0.3时,Smax=0.18%为陶瓷样品的最大Smax。（4）系统地研究了A位Ca2+掺杂对0.93BNT-0.07BT陶瓷的晶体结构、表面形貌、介电、力学、铁电和压电性能的影响。研究结果表明,随着Ca2+的掺杂量的增加,陶瓷样品逐渐由四方相转变为三方相最终转变为伪立方相,x=0.05～0.1为四方相与三方相共存的准同型相界。虽然Ca2+掺杂能够增大0.93BNT-0.07BT陶瓷的晶粒尺寸,但是Ca2+掺杂量的增减并不会对0.93BNT-0.07BCT陶瓷的晶粒尺寸造成影响。Ca2+取代Ba2+能够在陶瓷样品内部产生局部应力,改变其低场压电常数和高场电致应变。当x=0.05时,d33=156p C/N为陶瓷样品的最大d33,Smax=0.13%为陶瓷样品的最大Smax。（5）系统地研究了A位La3+掺杂对0.93BNT-0.07BT陶瓷的晶体结构、表面形貌、介电、力学、铁电和压电性能的影响。研究结果表明,随着La3+掺杂量的增加,陶瓷样品逐渐由四方相转变为伪立方相。La3+掺杂不会对陶瓷样品的晶粒尺寸造成影响。La3+取代(Bi0.5Na0.5)2+能够在陶瓷样品内部产生局部应力,改变其低场压电常数和高场电致应变。当x=0.005时,d33=189p C/N为陶瓷样品的最大d33。当x=0.025时,Smax=0.36%为陶瓷样品的最大Smax。
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