【摘 要】
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铁酸铋无铅压电陶瓷因其具有较高的居里温度以及良好的铁电性能,在高温传感器,换能器和储存器等领域有广泛的应用前景,从而受到大量学者的关注。本论文以铁酸铋基钙钛矿陶瓷材料为基体,通过优化组成设计,构建新的陶瓷体系,研究其组成、结构、电学性能之间的关系,并研究了其压电性能,铁电性能以及能量存储性能及其相关的机理。本文的主要研究内容如下:（1）研究了La(Zn1/2Ti1/2)O3（LZT）固溶取代BiF
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铁酸铋无铅压电陶瓷因其具有较高的居里温度以及良好的铁电性能,在高温传感器,换能器和储存器等领域有广泛的应用前景,从而受到大量学者的关注。本论文以铁酸铋基钙钛矿陶瓷材料为基体,通过优化组成设计,构建新的陶瓷体系,研究其组成、结构、电学性能之间的关系,并研究了其压电性能,铁电性能以及能量存储性能及其相关的机理。本文的主要研究内容如下:（1）研究了La(Zn1/2Ti1/2)O3（LZT）固溶取代BiFeO3（BF）对BF-BaTiO3-Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-xLZT（BF-BT-BZT-xLZT）无铅高温压电陶瓷的相结构,微观形貌,介电,压电以及铁电性能的影响。当x=0.01时,陶瓷样品材料处于三方相和伪立方相共存的准同型相界（MPB）,同时获得了最佳的压电性能:d33=162pC/N,TC=423 ℃,Qm=62,ε33T/ε0=741,kp=0.3,tanδ=0.05。在x=0.015时获得最大的铁电性和机电应变性能,Pmax=39.7μC/cm~2,Pr=27.1μC/cm~2,Spol=0.28%。并分析了BF-BT-BZT-xLZT陶瓷获得最佳性能的原因。（2）利用Ga2O3对Bi Fe1-xGaxO3-BT-BZT（BFGx-BT-BZT）无铅高温压电陶瓷进行B位的掺杂取代,并分析了Ga2O3的含量对陶瓷材料的相结构,微观形貌,介电,压电和铁电性能的影响,随着Ga含量的增加,陶瓷样品的相结构逐渐从三方相转变为伪立方相,并在x=0.02时出现三方相和伪立方相共存的MPB结构。同时在x=0.02时陶瓷样品获得最优的综合性能:d33=167 pC/N,kp=0.32,Qm=54,TC=473 ℃,Td=420 ℃,ε3T 3/ε0=655,tanδ=0.045,Pmax=33μC/cm~2,Pr=21.33μC/cm~2,Spol=0.21%。（3）通过固相合成法制备了一种新型的无铅弛豫铁电陶瓷BiFeO3-(Ba0.8Sr0.2)TiO3-x La(Mg2/3Nb1/3)O3+y wt%MnO2+z wt%Ba Cu（B2O5）（BF-BST-x LMN+y wt%MnO2+z wt%BCB）,先是用LMN取代BF使无规场增加最终引起典型的介电弛豫行为。然后,用MnO2和BCB共掺杂,同时实现电导率和晶粒尺寸的显著降低,从而使室温下的介电击穿场强和能量存储密度明显提高。最终在23 kV/mm的外加电场下,组成x=0.06,y=0.1,z=2获得了较高的有效能量存储密度Wrec=3.38 J/cm~3,能量存储效率为η=59%。除此之外,在频率（0.1Hz-100 Hz）和温度（30-170 ℃）范围内下,陶瓷的储能性能都相当稳定,这说明BF-BST-x LMN+y wt%MnO2+z wt%BCB无铅弛豫铁电陶瓷是一种有前途的大功率脉冲电容器介质材料。
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