Bi0.5Na0.5TiO3-ZnO无铅复合铁电材料的制备与电学性能研究

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钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3,简称BNT)是一种A位复合型钙钛矿铁电材料,室温时物相为三方结构,具有高居里温度、强铁电性能、较好的厚度机电耦合性能等特点。但BNT基材料的矫顽场较高(Ec≈70kV/cm),使得陶瓷不易极化,另外,纯的BNT陶瓷需要较高的烧结温度,且存在明显的热退极化现象,使材料的压电性能稳定性较差。所以,本论文通过将纳米ZnO晶粒嵌入到BNT晶粒的晶界中,合成具有复合结构的压电陶瓷,进而提高BNT基材料的退极化温度,有效提高陶瓷的温度稳定性,并对陶瓷的相结构、微观形貌、介电性能、铁电性能和压电性能进行了研究。首先,研究了BNT-xZnO体系压电陶瓷的制备工艺、结构以及微观形貌特征。采用传统的固相反应法制备出BNT陶瓷样品和BNT-xZnO(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)的复合陶瓷样品。研究发现陶瓷最佳的烧结条件是:BNT陶瓷的烧结条件为1050 oC温度下保温2h;BNT-xZnO陶瓷的烧结条件为950 oC温度下保温30min。表明氧化锌的引入可以大大降低陶瓷的烧成温度和烧结时间。其次,研究了BNT陶瓷和BNT-xZnO复合陶瓷的压电、铁电、介电等电学性能。研究发现而引入氧化锌后,退极化温度随着氧化锌含量x值的增加而升高,热退极化现象得到了明显改善,提高了陶瓷的温度稳定性。最后,采用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿结构BNT铁电薄膜。研究了乙醇胺对干凝胶焙烧粉物相的影响、溶胶浓度、热处理工艺(升温速率,退火温度)对薄膜的相结构和微观形貌的影响。分别得到了BNT溶胶的稳定配方,BNT薄膜形貌最好的最佳溶胶浓度,相对适宜的热处理工艺,并分析了烧绿石杂相的可能成因。
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