随着“中国智造2025”战略的推进和人工智能的快速发展,微电子工程、纳米技术等领域对于超精密进给及定位技术的需求日渐凸显。弛豫铁电陶瓷驱动器以其尺寸小、化学耐受性良好、精度高等特点,目前已成为极具应用前景的驱动器元器件。目前以日本Fuji公司、东芝公司、京瓷公司为代表的国际公司已有成熟的驱动器生产技术并广泛应用于发动机喷油嘴、喷墨打印机等军、民用产品中。然而在深井探测、航空航天等领域中,驱动器的使用温度往往需要达到150℃,尽管现有的铅基弛豫铁电陶瓷表现出优异的电学性能及温度稳定性,但是铅基陶瓷中超过60%的铅含量给环境和人体带来不可逆转的损害,目前已被多数国家和地区限制使用。在众多无铅弛豫铁电陶瓷体系中,通过组分设计得到的高性能应变陶瓷普遍对温度非常敏感,轻微的温度抖动便会带来较大的应变值的变化,限制了其在驱动器中的应用。因此迫切需要发展兼具高应变特性及优异温度稳定性的无铅弛豫铁电陶瓷新体系以满足驱动器在极端环境下的使用。基于以上背景,本文围绕Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)基无铅弛豫铁电陶瓷,对其室温应变性能及应变特性的温度稳定性进行了系统研究,并对下一步设计新型温度稳定型无铅应变陶瓷材料进行了组分设计方面的总结,全文主要研究内容及研究成果汇总如下:1、掺杂改性(1)设计不同摩尔含量Nb离子掺杂的、位于四方相区的0.76 Bi0.5Na0.5TiO3-0.24 Bi0.5K0.5TiO3(0.76BNT-0.24BKT)陶瓷体系,实验结果表明 Nb离子的引入打破了 0.76BNT-0.24BKT铁电陶瓷的长程铁电畴结构,使0.76BNT-0.24BKT二元陶瓷体系在Nb离子的调控下由P4mm铁电相向P4bm弛豫铁电相转变。同时在临界组分即5mol%Nb离子掺杂的0.76BNT-0.24BKT组分处,得到介电常数平稳变化、室温应变为0.2%的电学性能,且这一应变值可以在RT～160℃温度范围内保持小于1%的变化率,优于目前报导的绝大多数无铅弛豫铁电陶瓷应变材料。(2)通过Nb离子的掺杂改性及陶瓷材料应变性能的温度稳定性测试,首次发现室温相结构为P4bm的BNT基弛豫铁电体系可以在很宽的温度范围内保持稳定的电场诱导相结构变化,这是由于具有室温下具有P4bm相结构的BNT基陶瓷体系可以在很宽的温度范围内保持相同的场致相变类型,从而减弱不同场致相变类型对应变的影响。这一部分的研究内容对于新型温度稳定型无铅应变陶瓷体系的组分设计提供一定的指导意义。2、固溶改性(3)首次设计了位于MRB相界处的BNT基陶瓷组分,即通过不同摩尔含量的SrTiO3(ST)固溶 0.79 Bi0.5Na0.5TiO3-0.2 Bi0.5K0.5TiO3-0.01NaNbO3 陶瓷基体,设计得到室温下具有R3c和P4bm极性纳米微区共存的MRB相界的弛豫铁电陶瓷。MRB相界处的多种相结构共存的特殊结构保证了所研究材料室温下具有较大的应变值,同时这种大应变效应可以在室温～140℃的宽温范围内保持变化率小于10%的平稳变化。(4)设计得到的MRB相界处的BNT基弛豫铁电陶瓷具有较高温度稳定性的原因在于:一方面通过原位变温拉曼测试可以发现,高温下单个晶胞的极化强度降低,本征晶格应变所贡献的应变值呈下降趋势,另一方面,由朗道自由能计算可知,随着温度的升高,电场诱导的弛豫铁电-铁电相变的能垒降低,电致相变所贡献的应变会增大,两者在所测温度范围内相互抵消实现了较为稳定的温度稳定型应变性能。本实验结果同时证实MRB相界有助于大幅度提高BNT基弛豫铁电陶瓷的室温应变性能。