【摘 要】
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压电陶瓷因其独特的机电转换性能被应用于各类电子元件中。其中,铅基压电陶瓷由于具有优异的性能而被广泛使用。然而,由于铅元素对环境和人类的危害和毒性,人们需要寻找环境友好的高性能无铅压电材料来取代铅基压电材料。因此,本文以Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）无铅陶瓷为基底,研究通过A或B位离子掺杂改性、以及优化制备方法等手段来提高压电陶瓷的性能。采用固相法制备A位Li+掺杂的0.86(Bi0.5(N
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“钛酸铋钠基弛豫铁电陶瓷压电性能增强机理”；
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压电陶瓷因其独特的机电转换性能被应用于各类电子元件中。其中,铅基压电陶瓷由于具有优异的性能而被广泛使用。然而,由于铅元素对环境和人类的危害和毒性,人们需要寻找环境友好的高性能无铅压电材料来取代铅基压电材料。因此,本文以Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）无铅陶瓷为基底,研究通过A或B位离子掺杂改性、以及优化制备方法等手段来提高压电陶瓷的性能。采用固相法制备A位Li+掺杂的0.86(Bi0.5(Na1-xLix)0.5)TiO3-0.11(Bi0.5K0.5)TiO3-0.03Ba TiO3（x=0.025,0.050,0.075）陶瓷。随Li+掺杂量增多,体系的铁电性逐渐下降。室温时,单极应变最大可达0.33%@6 k V/mm(d*33=550 pm/V)。同时,当x=0.050,60℃时单极应变可达0.42%@5 k V/mm(d*33=840 pm/V)。且随Li+掺杂量增多,温度稳定性逐渐升高。同基底下La3+掺杂取代Bi3+也得到相似的结果。采用反应模板晶粒生长（Reactive templated grain growth,RTGG）法制备了<001>方向织构化的A位Li+掺杂的0.852Bi0.5Na0.5TiO3-0.11Bi0.5K0.5TiO3-0.038Ba TiO3陶瓷,沿<001>方向的取向度高达78%。由于取向晶粒沿<001>方向的贡献,在6.5 k V/mm的电场下,获得了0.55%的大电致应变,且应变滞后度相对较低。对应的d*33为846 pm/V,比随机取向的陶瓷高出49%。此外,在100℃下,应变可达0.52%@5.5 k V/mm(d*33=945 pm/V),表明RTGG法是制备高性能无铅压电材料的有效途径。采用固相法制备B位Cu2+掺杂的（0.94-x）Bi0.5Na0.5TiO3-0.06Ba TiO3-x K0.5Na0.5Nb O3-y CuO（（0.94-x）BNT-0.06BT-x KNN-y Cu）陶瓷。KNN含量的增加导致陶瓷向弛豫相转变;而当KNN含量一定时（x=0.03,0.01）,添加0.01的Cu2+会提高电致应变性能。老化后体系中产生不同类型的缺陷偶极子,使铁电体陶瓷的P-E曲线产生收缩现象,增大陶瓷的电致应变性能。在x=0.03,y=0.01时老化后性能最优,室温下单极应变高达0.32%@6 k V/mm(d*33=533 pm/V)。
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