铋层状压电陶瓷的性能
文献笔记
1.高温铋层状压电陶瓷Na0.5Bi4.5Ti4O15改性研究通过元素取代改性和工艺改性，可以提高材料的压电性能。
元素取代改性包括同价元素取代改性和添加物改性。
同价元素取代改性就是利用一些与目标离子同价并且半径也相近的离子加入到压电陶瓷屮，使其来代替并占据一部分目标离子（正离子）的位置，形成代位式压电陶瓷。
为了找出性能更优良的材料，有时候也会同时加入两种或两种以上的元素来取代目标离子，即复合取代，这样可以保留两种元素的优点并且部分地克服了单一元素取代时带来的缺点。
添加物改性通常是指将与原来晶格中离子的化合价不同的元素添加到压电陶瓷中，以达到调节陶瓷性能的改性目的。
通常是按照配方总重量的百分比将添加物以金属氧化物的形式加入到压电陶瓷中。
添加物的不同，起到的改性效果也不同。
例如，有的起到的效果是提高弹性柔顺常数、降低机械品质因数、提高介电常数、增大介电损耗、提高平面机电耦合系数、降低矫顽场、提高电阻率等，即陶瓷变得比以前要“软”了，相应的添加物称为软性添加物。
与之相对应的是硬性添加物，使得陶瓷往“硬”的方面转化，结果是介电损耗降低、矫顽场增高、机械品质因数提高、平面机电耦合系数有所降低、电阻率变小等。
工艺改性包括热处理技术包括热压烧结、热锻法等和基于粉体制备的晶粒定向技术包括模板晶粒生长法、溶盐合成法、多层品粒生长技术、定向凝固法。
一般来说，干压成型的陶瓷样品中难免会有气孔的存在，再加上粘合剂在烧结时需要排出气体也在一定程度上增加了气孔的数量，这些都在一定程度上影响了陶瓷的致密性。
要减小或消除气孔带来的影响，有效的措施是在外加压力下进行烧结，即所谓的热压烧结。
该方法有以下优点：提高材料的密度，控制晶粒增长，有利于颗粒之间的接触和扩散效应从而显著降低烧成温度，不用粘合剂以减少陶瓷中的气孔，可以实现晶粒的择优取向。
热锻法是将样品先经过一段时间的普通烧结后，在样品上加上单轴压力，并且保持一段时间。
压电陶瓷的制造过程包括配料、混合、预烧、粉碎、成型、排塑、烧结、被电极、极化、测试。
铋层状结构无铅压电材料的研究现状与发展趋势1
第29卷第6期 硅 酸 盐 通 报Vo.l 29 N o .6 2010年12月 B U LLET I N OF THE CH I N ESE CERAM IC SOC I ETY D ece mber ,2010铋层状结构无铅压电材料的研究现状与发展趋势崔永涛1,周丽玮2,付兴华1,燕克兰1,于玲君1(1.济南大学材料科学与工程学院,济南 250022;2.中国建筑材料联合会,北京 100831)摘要:铋层状结构无铅压电材料因其具有居里温度高、品质因数高、击穿强度及各向异性大等特性而受到人们的重视。
本文介绍了铋层无铅压电材料的结构特点,综述了该体系压电陶瓷的微量元素与制备工艺对材料压电、铁电性能的影响规律,着重讨论了不同位离子取代对陶瓷性能和结构的影响,概括了制备高取向陶瓷的先进制备技术,并展望了铋层无铅压电材料未来的发展趋势。
关键词:无铅压电材料;铋层状结构;掺加改性;压电性能中图分类号:TM 332 文献标识码:A 文章编号:1001 1625(2010)06 1363 04R esearch and D evelop m ent of B is muth LayerStructure Lead free P iezoelectri c Cera m icsCUI Yong tao 1,Z HOU L i w ei 2,FU X ing hua 1,YAN K e lan 1,YU L ing jun1(1.Schoo l ofM ater i als Science and Engi n eeri ng ,Un i vers i ty of Ji nan ,Ji nan 250022,Ch i na ;2.C h i na Bu ild i ngM aterial s Federati on ,Beiji ng 100831,Ch i na)Abst ract :A ccordi n g to its characteristics such as h i g h Curie te m perature ,h i g h quality factor ,lar gebreakdo wn strength and anisotropy ,lead free piezoelectric cera m ics of b is mu t h layer struct u re attractm oreand m ore research i n terests gradually .I n this paper ,it i n troduced the structural features o f bis m uth layerstructure lead free piezoe lectric cera m ics ,summ arizes its research of i m prov i n g p i e zoe lectricity andferroelectric ity o f m aterials by dop i n g var i o property and m odify techno logy ,e m phaticall y discusses thei n fl u ence of the dop i n g i n different positions on structure and perfor m ance o f cera m ic ,and refers theadvanced preparation techno l o gy of h i g h preferred orientation cera m ic .It also looked for w ard to thedeve l o p m ent f u ture o f b is m ut h layer str ucture Lead free p iezoelectr i c cera m ics .K ey w ords :lead free p i e zoe lectric ;bis m uth layer str ucture ;dop i n g m odificati o n ;p iezoelectric properti e s基金项目:济南大学博士基金(B0518)作者简介:崔永涛(1985 ),男,硕士研究生.主要从事功能材料的研究.通讯作者:付兴华.E m ai:l m se_f uxh @ujn .edu .cn1 引 言压电陶瓷是一种用途广泛的功能材料,用它制作的压电滤波器、微位移器、驱动器和传感器等,被广泛应用于卫星广播、电子设备、生物以及航空航天等高新技术领域。
铋层状结构无铅压电陶瓷的研究进展
第２ ９卷 第 ４期 ２０ ０ ７年 ８月
宜 春 学 院学 报 （ 自然 科 学 ） Ｊｕｎｌ ｆ ｉ ｕ ｎｖｒ ｔ （ ａ ｒｌ ｃ ｎｅ ｏｒａ ｏ ｃ ｎＵ ｉ ｓｙ ｎｔ ａ ｓｉ ｃ ） Ｙ ｈ ｅｉ ｕ ｅ
Ｖｏ． １２９． Ｎｏ ４ ． Ａｕｇ ２０ ７ ． ０
压电陶瓷材料 的掺 杂改性研 究进展 ，并对存在的 问题和解决方法进行 了分析 ，为制备 出高性 能的铋层状结构无铅 压 电陶瓷材料提供 一定的参考价值 ，经过 改性 的材料 可能应用在铁 电显示器中 ．
关 键 词 ：陶 瓷 ；显 示器 ；无 铅 压 电 陶瓷 ，铋 层 状 结 构 ；掺 杂 改， 巨
（ ｉ ｕ ｏｅ ｅ ｉ ｕ ３０ ０Ｃ ｉ ） Ｙｃ ｎｃｌｇ ，Ｙ ｈ ｎ３６ ０ ｈｎ ｈ ｌ ｃ ａ
Ａｂ ｔ ｃ ：Ｄｕ ｏ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓｏ ｉｍｕ ｈ ｌ ｙ ｒｓｒ ｃ ｕ ｅ ｆ ｒｏ ｌ ｃｒ ｔｒ ｌ ｓａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｒ ｃ ｅｉｔ ｆｂｓ ｔ ａ ｅ ｔ ｔ ｒ ｅ ｒ ｅ ｔ ｃ ｍａｅ ａｓ，ｔ ｅ ｅ ａ ｅ ｅ ｔｎ ｉｅ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｎ ｈ ｇ ｃ ｕ ｅ ｉ ｉ ｈ ｒ ｘｅ ｓ ｐ ｌ ｔ ｓ ｏ ｉｈ—ｔｍｐ ｒ － ｒ ｖ ｃ ｏ ｅ ｅ ａ ｔｒ ， ｈ ｇ ｕｅ ｉｈ—ｆ ｑ ｅ ｃ ｅｄ ． ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｔ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｃ ａ ａｅ ｓｉ ｓ ｏ ｉｍｕ ｈ ｌ ｙ ｒ ｓ ｃｕ ｅ ｐ ｅ ｏ ｌｃｒｃ ｃ ｒ ｍ・ ｒ ｕ ｎ ｙ ｆ ｌ ｓ Ｔ ａ ｎ ｒ ｕ ｅ ｈ ｔ ｔ ｒ ｎ ｈ ｔｒ ｔ ｆ ｂ ｓ ｔ ａ ｅ ｔ ｔ ｒ ｉ ｚｅ ｅ ｔｉ ｅａ ｅ ｉ ｉ ｅ ｏ ｕ ｒ ｉ ｅ ｕ ｒ
毕业论文答辩 无铅压电陶瓷的制备、微结构和电学性能研究
之一.功能材料，2003，34（3）：250-253 [8]赁敦敏，肖定全，朱建国等.BNT基无铅压电陶瓷的研究与进展——无铅压电陶瓷20年发明专利分析之二.功
能材料，2003，34（4）：368-370 [9]赁敦敏，肖定全，朱建国等.铋层状结构无铅压电陶瓷的研究与进展——无铅压电陶瓷20年发明专利分析之
传统烧结
等静压 热压
致密性差
➢ 2.添加第二组元
致密的KNN陶瓷 温度稳定性改善 材料稳定性程度不好
生产成本较高， 材料尺寸大小受 到限制。
Composition
KNN
Density
(g/cm3 )
4.0
εr 230
Ta℃)
420
d33
(pc/N)
80
Ec
(kv∕㎝ )
[19]Zuo Ruzhong, Fang Xusheng, Ye Chun. Phase structures and electrical properties of new lead-free (Na0.5K0.5) NbO3(Bi0.5Na0.5) TiO3 ceramics. Appl.Phys.Lett.90, 092904(2007)
实验准备
➢ 实验配方及样品编号
(1-x)(Na0.5K0.5)(Nb0.95Ta0.05)O3－xLiSbO3 (x=0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07)
➢ 原料及设备
注意：碱金属氧化物在空气中不能长期稳定存在，如以固相法制备KNN基 压电陶瓷，除Nb的前驱体可以选其氧化物（Nb2O5）外，Na、K前驱体就 不能选其氧化物，而必须选择其他形式的化合物，如Na、K的碳酸盐或者 有机盐。
铋层 叠层 高温 压电
铋层叠层高温压电铋层叠层高温压电材料是一种新型的压电材料，它具有优异的高温压电性能，被广泛应用于传感器、执行器、能量采集和转换等领域。
本文将从铋层叠层高温压电材料的特性、制备方法、应用及前景等方面进行介绍。
铋层叠层高温压电材料的特性主要表现在其高温下仍具有较高的压电响应和压电系数。
在高温环境下，传统的压电材料往往会失去压电效应，而铋层叠层高温压电材料能够保持压电特性的稳定性和可靠性。
这使得该材料在高温环境下具有重要的应用价值。
制备铋层叠层高温压电材料的方法有多种，其中一种常用的方法是烧结法。
首先，将铋粉经过球磨处理，使其颗粒尺寸均匀细小。
然后，在特定的温度和压力条件下，将铋粉进行烧结，使其形成致密的结构。
最后，通过切割和堆叠等工艺，制备出铋层叠层高温压电材料。
铋层叠层高温压电材料在各个领域具有广泛的应用前景。
首先，在传感器领域，铋层叠层高温压电材料可以作为高温压力传感器的敏感元件，用于测量高温环境下的压力变化。
其次，在执行器领域，铋层叠层高温压电材料可以作为高温压电致动器的驱动元件，用于实现高温环境下的精密控制。
此外，铋层叠层高温压电材料还可以用于能量采集和转换领域，通过应变能转换为电能，实现能量的收集和利用。
然而，铋层叠层高温压电材料在应用过程中还存在一些挑战和问题。
首先，由于铋层叠层高温压电材料的制备工艺较为复杂，生产成本较高，限制了其大规模应用。
其次，在高温环境下，铋层叠层高温压电材料容易发生晶格热膨胀不匹配等问题，导致材料的性能下降。
因此，需要进一步研究和改进制备工艺，提高材料的性能和稳定性。
铋层叠层高温压电材料具有独特的特性和广泛的应用前景。
通过合适的制备方法，可以制备出高性能的铋层叠层高温压电材料。
随着科技的不断进步和应用需求的增加，铋层叠层高温压电材料在传感器、执行器、能量采集和转换等领域的应用将会得到进一步的拓展和推广。
相信在不久的将来，铋层叠层高温压电材料将成为压电材料领域的重要研究方向和应用方向。
压电陶瓷
第1章绪论1.1 无铅压电陶瓷的研究意义压电陶瓷可以直接实现电能和机械能的转换。
因而被广泛应用在超声换能、无损探伤、传感器、电子信息等高新技术领域，产品涉及汽车、电子、军事、医疗等各个行业[1]。
压电技术的发展对科技的进步，人民生活水平的提高均有重要的意义。
目前，市场上使用最多的是Pb（Zr、Ti）O3（PZT）系压电陶瓷材料。
PZT系压电陶瓷具有优异的压电性能，并且可以通过参杂改性来满足不同的性能要求，因而广受欢迎。
但这些陶瓷中PbO的含量超过60%[2]，而PbO是一种易挥发的有毒物质，其被人体吸收后会在人体内集聚，引起铅中毒，使人的神经系统受到损伤，严重的可能导致脑瘫和肾功能衰竭。
[3]此外，铅基陶瓷在生产、使用过程中以及废弃后的处理过程中都会对环境产生严重危害，并且通过水和食物链进行扩散[4]。
近年来随着人们环保意识的增强，人们越来越意识到铅的危害。
为了人民的身体健康，许多国家已立法禁止使用含铅电子材料。
如欧盟规定到2006年7月1日，所以新生产的电子材料都不能含铅[5]。
但在压电陶瓷方面，铅基陶瓷还无法被取代，故只能把含铅压电陶瓷列在禁止名单之外。
但开发无铅压电陶瓷仍是大趋势。
在国际政策和经济利益以及科学探索精神的共同驱使下，这几年无铅压电陶瓷的研究很热，国内外专家学者都做了大量的探索，并取得了不少进步。
1.2 无铅压电陶瓷分类及研究现状现在在研究的无铅压电陶瓷主要分钙钛矿结构材料和非钙钛矿结构材料。
非钙钛矿结构材料有铋层状结构材料和钨青铜结构材料。
1.2.1 铋层状结构材料铋层状结构铁电体是由二维的钙钛矿层和(Bi2O2)2+层有规则地相负交替排列而成,,化学通式为(Bi2O2)2+(A m-1B m O3m+1)2-,此处,A为Bi3+、Pb2+、Ba2+、Sr2+、Ca2+、Na+、K+、La3+、Y3+、U3+、Th4+等适合于12配位的+1、+2、+3、+4价离子或由它们组成的复合离子,B为Ti4+、Nb5+、Ta5+、W6+、Mo6+、Co3+、Cr3+、Zr4+等适合于八面体配位的离子或由它们组成的复合离子,m为一整数,对应于钙钛矿层厚度方向的原胞数[6].铋层状结构无铅压电陶瓷具有居里温度高, 其中Bi3NbTiO9作为这些材料中居里温度最高的一种，Tc达到914℃，另外它还有介电击穿强度大,介电损耗低,性能各向异性大以及温度、应力性能稳定等特征.所以,铋层状结构压电陶瓷在滤波器、能量转换及高温、高频领域有广泛的应用前景.但铋层状结构压电陶瓷明显的缺点是压电活性低,矫顽场EC高., 现有报道的这类材料的d33最高值才25pC/N[7].且介电温度也很低。
铋层状结构压电陶瓷结构,性能及导电机理的研究
铋层状结构压电陶瓷结构,性能及
导电机理的研究
铋层状结构压电陶瓷结构是一种新型的压电陶瓷，它具有良好的电气性能、小体积、低成本和低噪声等优点。
它的结构主要包括多层铋片组成的表面结构和由铋粉组成的内部结构。
在表面结构中，铋片可以有效地提高压电陶瓷的强度和耐磨性；而在内部结构中，铋粉可以有效提高压电陶瓷的电性能。
铋层状结构压电陶瓷的性能主要取决于铋片的厚度、铋粉的粒度和含量等因素。
研究表明，当铋片厚度较大时，压电陶瓷的电阻值会减小，从而提高其电性能；而当铋粉粒度较小、含量较高时，压电陶瓷的电阻也会减小，从而提高其电性能。
铋层状结构压电陶瓷的导电机理主要是由铋粉中的铋离子所引起的，由于铋离子具有较大的移动电荷，因此，当压力作用于铋层状结构压电陶瓷上时，铋离子可以很容易地穿过铋层，从而改变其电性能。
Na0.25K0.25Bi2.5Nb2O9-xCaTiO3铋层状陶瓷的结构与性能
使其非常适合做压力传感器 、 滤波器 等【 ２ ， ２ － ６ ］ 。
２ ０ １ ７ 年第０ ５ 期（ 第２ ５ ０ ． ｝ 《 Ｈ ）
料 据 报道 ．引 入适 量 Ｃ ａ ｒ ｉ ｏ 能提高 （ Ｎ Ｉ ＜ ｛ ） Ｎ ｂ Ｏ 和
佛 山 陶 瓷
表面的 Ｓ Ｅ Ｍ 图 可 以看 ｆ Ｊ Ｊ ： 所有样 品均具有典 型层 状特 征 Ｉ 。随着 Ｃ Ｔ掺 杂量的增加 ． 逐渐 出现类似块状 的品粒 （ ｘ ＞ １ ． ０ ） 。 从 陶 ２（ ａ ） ， （ ｈ ） 和（ ｃ ） 可以看ｆ ｛ ｛ ， 样品（ ｘ ： １ ． ０ ） 气孔最
（ Ｎ ａ
Ｉ ｊ ） Ｎ … 的压电性 能 ‘ 圳 但是就 目前我 们所
知． 利刚 Ｃ ａ Ｔ ｉ Ｏ 掺杂 改性铋 层状结构 铁电 陶瓷材料 的研
究 甚 少 本 Ｔ 作 通 过 传 统 同 相 反 应 法 制 备
Ｎ ａ ， Ｂ ｉ １ ５ Ｎ ｂ ２ ０ 一 ｘ ｍ ｏ １ ％Ｃ ａ Ｔ ｉ Ｏ ３ 铋层状结 构陶瓷材料 ， 系
影响 。 结果 表明 ： 所有 陶瓷材料样品均为单一 的铋层状结构 。 随着 Ｃ ａ Ｔ ｉ Ｏ ， 掺
量的增加 ， Ｃ ｕ ｉ ｒ ｅ温度 呈增高趋 势 （ ６ ５ ３～６ ６ ５。 Ｃ） ， 压 电常数 ｄ 。 先增大后
减小 ； 当ｘ ＝ １ ． ０时 ， 样 品的 电性 能达 到最佳 值 ， 即ｄ ３ ３ ＝ ２ ５ ｐ Ｃ ／ Ｎ， 介 电损耗 ｔ ａ ｎ
近 几 年 ．研 究 发 现 利 用 传 统 固 相 法 制 备 的
Ｎａ ｏ Ｋｏ Ｂ ｉ ５ Ｎ ｂ ２ ０ （ Ｎ Ｋ Ｂ Ｎ ） 基 陶瓷具 有
．
良好 的 电性 能 ， 较
铋层状结构压电陶瓷结构、性能及导电机理的研究的开题报告
铋层状结构压电陶瓷结构、性能及导电机理的研究的开题报告1. 研究背景与意义铋层状结构压电陶瓷是一种新兴的压电材料，具有优良的压电性能和良好的热稳定性，已广泛应用于传感器、压力开关、压电齿轮等领域。
然而，铋层状结构压电陶瓷的导电机理和微观结构特征尚未有系统性的研究，限制了其进一步的应用和发展。
因此，深入研究铋层状结构压电陶瓷的结构、性能及导电机理，对促进其应用和发展具有重要意义。
2. 研究目的本研究的主要目的是探究铋层状结构压电陶瓷的微观结构特征、压电性能和导电机理，为其进一步优化和应用提供科学依据。
具体包括以下几个方面：- 确定铋层状结构压电陶瓷的晶体结构、晶须形态和表面特征；- 分析不同结构参数对铋层状结构压电陶瓷的压电性能的影响；- 探究铋层状结构压电陶瓷的导电机理，分析电导率与微观结构的关系。
3. 研究内容及方法本研究拟通过以下几个方面展开：(1) 采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等设备对铋层状结构压电陶瓷的微观结构进行分析。
(2) 研究不同结构参数（晶向、厚度等）对铋层状结构压电陶瓷的压电性能的影响，利用阻抗分析仪等设备测试其压电特性。
(3) 探究铋层状结构压电陶瓷的导电机理，对其电学性能进行测试，利用场发射扫描电子显微镜等设备观察其导电方式和机理。
4. 预期研究结果本研究预期通过深入研究铋层状结构压电陶瓷的微观结构、压电性能和导电机理，达到以下预期结果：(1) 揭示铋层状结构压电陶瓷的微观结构、晶格特征和表面形貌；(2) 探究不同结构参数对其压电性能的影响，包括极化率、压电常数、介电常数等；(3) 分析铋层状结构压电陶瓷的导电机理，包括导电方式、载流子类型等。
预期研究结果将为铋层状结构压电陶瓷的优化和应用提供科学依据。
铋层状结构无铅压电陶瓷
铋层状结构无铅压电陶瓷的研究与进展---无铅压电陶瓷20年发明专利分析班级：材料0904 姓名：李某指导老师：张强摘要: 铋层状结构无铅压电陶瓷因其居里温度高，介电常数低，介电击穿强度大及各向异性大等特征近年来受到广泛研究。
本文归纳和分析了铋层状结构无铅压电陶瓷近20年的发明专利，着重介绍了主要体系的压电铁电性能，并对铋层状结构无铅压电陶瓷今后的发展与研究提出了一些建议。
关键词: 无铅压电陶瓷，压电材料，BaTiO3，铋层状结构化合物，铌酸盐Abstract：Bismuth layer-based lead-free piezoelectric ceramics, which were potential candidate piezoelectric materials under high -temperature and high -frequency conditions，have are received great attention form the viewpoint Of environment protection. In this paper, the parents Of bismuth layer-based lead-free piezoelectric ceramics in the past twenty years were summarized and reviewed with emphasizes on the composition，structure properties，and fabrication techniques .The future developments of bismuth layer-based lead-free piezoelectric ceramics were also suggested.Key words :lead-free piezoelectric ceramics, piezoelectricmaterials,BaTiO3,Bl-layer structure, niobute1 引言铋层状结构化合物是由二维的钙钛矿层和（Bi2O2）２＋层有规则地相负交替排列而成。
铋层状结构压电陶瓷及敏感元件高温特性研究
第5期 电子元件与材料 Vol.21 No.52002年5月 ELECTRONIC COMPONENTS & MATERIALS May. 2002 铋层状结构压电陶瓷及敏感元件高温特性研究李承恩，李 毅，周家光（上海联能科技有限公司，上海 ２００２３３） 摘要：介绍了铋层状结构压电陶瓷的特点和改性试验所获得的一些结果。
针对压电活性低，采取A 位复合置换方式对CBT （CaBi 4Ti 4O 15）基材料进行改性研究，特别研究了改性后材料的高温特性，结果表明，改性材料的压电性能、居里温度、高温电阻率等参数有大的改善，θC 达800℃以上，d 33达18 pC/N 以上，在500℃时体电阻率大于106Ω·cm ，高温敏感元件在430℃连续保温170 h ，绝缘电阻大于1.5 M Ω。
关键词：压电陶瓷；铋层状结构；高温特性；敏感元件 中图分类号：TN304.9文献标识码：A文章编号：1001-2028（2002）05-0011-03Investigation on High Temperature Properties for Bismuth Layer- structured Piezoelectric Ceramics and the Sensors of the CeramicsLI Cheng-en, LI Yi, ZHOU Jia-guang(Sinoceramics, Inc., Shanghai 200233) Abstract : The characteristic properties of bismuth layer-structured piezoelectric ceramics and the results of modified ceramics are given. To solve the problem of the lower piezoelectric activity, the high-temperature properties of some modified ceramics with CBT composition system were studied. The research results indicate that the parameters of the modified ceramics, such as piezoelectric activity, Curie temperature, resistivity at high-temperature, have been greatly improved. θC is higher than 800℃, d 33 larger than 18×10-12C/N, and resistivity at 500℃ larger than 106Ω·cm. The insulation resistance of some sensors made from these modified ceramics are more than 1.5 M Ω when aged for 170 hours at 430℃.Key words : piezoelectric ceramic; bismuth layer-structure; high-temperature properties; sensors高温压电陶瓷材料被广泛应用于航空、航天、核能、发电等众多重要的科研和工业部门，其应用特点之一是这些压电元件须长期处于高温状态下工作，因此这些压电元件各参数的温度特性成为重要的、甚至是首要的特性。
铋层状无铅压电陶瓷BaBi4Ti4O15的制备与性能的研究的开题报告
铋层状无铅压电陶瓷BaBi4Ti4O15的制备与性能的研究的开题报告一、研究背景随着现代电子技术的快速发展，压电材料的需求越来越大。
铋层状无铅压电陶瓷是一种新型的压电材料，具有优异的压电性能和良好的稳定性，在传感、谐振器等领域有着广阔的应用前景。
BaBi4Ti4O15是一种铋层状无铅压电陶瓷材料，具有高压电系数、高介电常数、良好的机械强度和化学稳定性等特点。
因此，BaBi4Ti4O15作为一种新型压电材料，引起了广泛的研究兴趣。
二、研究目的本研究旨在制备铋层状无铅压电陶瓷BaBi4Ti4O15，并探究其制备工艺和性能表现，为该材料的实际应用提供理论基础和参考依据。
三、研究内容1. 确定BaBi4Ti4O15的制备工艺通过文献调研和前期实验，确定BaBi4Ti4O15的制备工艺，并考虑不同因素对制备工艺的影响，如反应温度、反应时长、原料质量比等。
2. 分析铋层状无铅压电陶瓷BaBi4Ti4O15的物理和化学性能利用扫描电镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪等测试手段对所制备的BaBi4Ti4O15进行物理和化学性能分析，比较不同制备方法下材料的性能表现。
3. 研究铋层状无铅压电陶瓷BaBi4Ti4O15在压电性能方面的表现通过压电性能测试，比较不同制备工艺下所制备的BaBi4Ti4O15的压电系数、介电常数等性能表现。
四、研究意义1. 深入了解铋层状无铅压电陶瓷BaBi4Ti4O15的制备工艺和性能特点，为其实际应用提供理论基础和指导意义。
2. 掌握制备BaBi4Ti4O15的技术手段，丰富材料制备技术。
3. 开发出具有优异压电性能的BaBi4Ti4O15材料，为压电技术的发展做出贡献。
五、研究方法本研究采用实验室制备、物性测试、表面与结构分析等方法，结合文献调研，对铋层状无铅压电陶瓷BaBi4Ti4O15的制备与性能进行研究。
六、预期成果本研究将制备出具有优异压电性能的铋层状无铅压电陶瓷BaBi4Ti4O15，并对其制备工艺和性质进行了全面的研究。
铋层状结构无铅压电陶瓷
铋层状结构无铅压电陶瓷的研究进展Research progresses in Bismuth Layer Structure Lead- free PiezoelectricCeramics材料科学与工程0904 17号刘帅摘要: 铋层状结构无铅压电陶瓷具有优良的铁电性能, 适合应用于高温、高频领域以及疲劳特性好的铁电存储器领域. 本文介绍了铋层状压电材料的结构特点, 综述了铋层压电材料的改性研究; 着重综述了铋层状结构压电陶瓷材料的掺杂改性研究进展, 并对存在的问题和解决方法进行了分析, 为制备出高性能的铋层状结构无铅压电陶瓷材料提供一定的参考价值, 经过改性的材料可能应用在铁电显示器中。
Abstact:Bismuth layer structure lead-free piezoelectric ceramics with excellent performance of iron, suitable for high temperature, high frequency domain and fatigue property good ferroelectric memory field. This paper introduced the bismuth layer the structure characteristics of piezoelectric materials were reviewed, and the bismuth layer of the modified piezoelectric materials research; Reviewed emphatically bismuth layer structure of piezoelectric ceramic materials doped modification, was reviewed and the existing problems, and the solving method is analyzed, the preparation of high performance for the bismuth layer structure lead-free piezoelectric materials to provide certain reference value, by modification material may application in ferroelectric display.关键词:陶瓷; 显示器; 无铅压电陶瓷, 铋层状结构; 掺杂改性Keywords:ceramics; Display; Lead-free piezoelectric ceramic, bismuth layerstructure; Doping modification前言:压电陶瓷是一种能够实现机械能和电能相互转换的功能陶瓷材料。
Ce掺杂BaBi4Ti4O15系铋层状压电陶瓷的结构及性能研究.
摘要铋层状无铅压电陶瓷因为具有较好的抗疲劳强度，高的居里温度，机电耦合系数各向异性明显，低老化率，高电阻率，高的介电击穿强度，低烧结温度等各项优良特性，因此研究和探索具有潜在应用前景的铋层状无铅压电陶瓷材料具有重要的战略意义。
本文采用熔盐法制备铋层状BaBi4Ti4O15,并用CeO2进行掺杂改性，通过控制温度来研究掺杂比对压电陶瓷的影响，以及通过控制掺杂比来研究温度对压电陶瓷的各项性能的影响。
找到最佳的方案，得到的材料居里温度略微降低，高温介电损耗大幅减小，铁电－顺电相变弥散增强，同时提高了材料的压电性能。
实验表明，当温度为1000℃，掺杂比为0.12时，得到的压电性能最佳，片状结构也很明显。
各项性能都比较的好。
关键词：铋层状结构熔盐法压电性能掺杂AbstractBismuth layer of lead-free piezoelectric ceramics because it has good fatigue strength, high Curie temperature, electromechanical coupling coefficient anisotropy obviously, low aging, high resistivity, high dielectric breakdown strength, low sintering temperature and other fine features, so the research and exploration of the layered bismuth lead-free piezoelectric ceramic materials have potential applications is of great strategic significance.This article was prepared using molten salt bismuth layer BaBi4Ti4O15, were doped with CeO2, impact than the piezoelectric ceramics by controlling the temperature to study the doping and doping ratio by controlling the temperature on the piezoelectric ceramics performance. To find the best solution, the resulting material is slightly lower Curie temperature, high temperature dielectric loss greatly reduced, the ferroelectric - paraelectric phase transition dispersion strengthened while improving the piezoelectric properties of the material.Experiments show that when the temperature is 1000 ℃, the doping ratio was 0.12, the piezoelectric performance of the best, the sheet structure is obvious. The performance is relatively good.Keywords:Bismuth layer-structured Salt Method Piezoelectric Properties Doping1 前言压电陶瓷在我们生活中的应用已经越来越广了，也与我们的生活更加的息息相关了，我们常见的变压器，压电陶瓷点火器，还有在水声设备的应用。
铋层状高温压电陶瓷
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铋层状结构化合物是由(Bi2O2)2 +层和二维的钙钛矿层 (Am - 1Bm O3m+1)2 -循环 交替排列而成。其化学通式：(Bi2O2)2 +(Am - 1Bm O3m+1)2 -
m一般为l-5的整数，是指相邻两(Bi2O2)2 +层间钙钛矿层的层数。m的值与 铁电的正交结构有关。m为奇偶时结构也不同，主要原因是为了达到晶体结构 应变能的最小化。研究表明m也可以为小数，即当铋层状结构化合物是不同层 数铋层状结构化合物产生共生时。
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铋层状结构化合物是一类重要的无铅压电材料，它具有以下特点：介电击穿强度 大、居里温度高、烧结温度低、电阻率高、介电常数与介电损耗低、老化率低、机 械品质因数高、厚度机电耦合系数较小、机电耦合系数各向异性明显、压电性能稳 定、谐振频率的时间和温度稳定性好等。鉴于以上原因，铋层状结构陶瓷材料在滤 波器、能量转换器、高温和高频领域有着广泛的应用前景。与传统的PZT材料相比较， 铋层状结构铁电体有两个缺点，一是压电活性低；二是矫顽场大，难以极化。这主 要是由于铋层状结构晶体的对称性较低，自发极化受二维结构限制且只能在面内转 动。除此之外，陶瓷的化学计量比受高温下氧化铋挥发的影响，从而导致材料内产 生大量氧空位，使材料介电、压电等性能降低。
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压电陶瓷主要性能参数如下。 弹性性质：弹性常数C和S； 介电性质：介电常数ε﹑介电损耗 tanδ 和居里温度Tc； 机电性质：机械品质因数Qm﹑机电耦合系数k和频率常数N； 压电性质：压电常数d33； 铁电性质：饱和极化强度PSA、剩余极化强度Pr和矫顽场Ec 以及电导率σ﹑频率常数N﹑老化性能和温度性能有关的常数。
通过掺杂改性和工艺改性，可以提高材料的压电性能。对于铋层状结构材 料的掺杂改性主要为A位、B位掺杂,以及A、B位同时掺杂改性。
铋层状结构压电陶瓷及敏感元件高温特性研究
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压电陶瓷综述
摘要:本文综述了无铅压电陶瓷研究开发的相关进展,着重介绍了钙钛矿结构无铅压电陶瓷(包括BaTiO3(BT)基无铅压电陶瓷、Bi1/2Na1/2TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷、碱金属铌酸盐K1/2Na1/2NbO3(KNN)基无铅压电陶瓷)、钨青铜结构无铅压电陶瓷及铋层状结构无铅压电陶瓷等不同陶瓷种类的相关体系、制备方法及压电铁电性能,并根据相关性能参数分析了无铅压电器件的应用领域,最后对其发展前景进行了展望。
关键词:无铅压电陶瓷;钙钛矿结构;钨青铜结构;铋层状结构1引言压电陶瓷作为一种将机械能与电能相互转换的重要功能材料,因具有稳定的化学特性、优异的物理性能、易于制备各种形状和任意极化方向的材料特性,广泛应用于基于压电等效电路的振荡器、滤波器和传感器,各种类型的水声、超声、电声换能器等,遍及日常生活、工业生产以及军事等领域[1]。
随着电子信息技术的飞速发展,现在对电子元器件的小型化、功能化、低成本、高稳定性的要求更高,压电陶瓷材料及其应用研究也正在加深,期望得到具有性能好、品种多、增值高、污染少等优点的压电陶瓷材料。
目前大规模使用的压电陶瓷材料主要是性能优异的以PZT为基的二元系及多元系陶瓷,但是PbO(或Pb3O4)含量约占其原料总量的70%左右,PbO有毒、高温下具有挥发性,在材料的制备过程中不仅危害环境,而且使其化学计量式偏离了计算配方,进而使产品一致性和重复性降低,导致陶瓷性能下降。
另外,含铅器件废弃后也会给人类及生态环境带来危害,如果将其回收实施无公害处理,所需成本将很高,甚至远高于当初器件的制造成本[2]。
因此,不管是为了满足市场需求,还是出于保护环境,压电陶瓷材料的无铅化是必然趋势 ,进行无铅压电陶瓷及其应用的研究开发将是一个具有现实意义的课题。
2无铅压电陶瓷概况无铅压电陶瓷,也称为环境协调压电陶瓷,要求陶瓷材料既具有尽可能高的压电性能又具有良好的环境协调性。
从20世纪60年代起国内外的科研人员就开始了对铌酸盐和钛酸盐为主的钙钛矿结构无铅压电陶瓷的研究。
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铋层状结构化合物中许多具有铁电性,如Bi4Ti3O12、Sr2Bi4Ti4O15、(Na0.5Bi0.5)Bi4Ti4O15、Bi3TiNbO9、Bi2WO6等,这类铁电压电陶瓷具有下列特点：
1.
介电常数(ε)低(127～154),自发极化强,居里温度高(T C>500℃)，机械品质因数Q m高(2000～7200),矫顽场高。
因此,可用于制作高温高频和超声技术领域器件的压电材料；介电损耗低,厚度振动的机电耦合系数k t较小,故可用于高频窄带滤波器；压电性能稳定、谐振频率的时间和温度稳定性好,这一特点适合用于制作高温能量转换领域的器件。
这一大体系是一类适合在高温场合下器件应用的压电陶瓷材料,是最具有开发应用前景的无铅压电陶瓷体系之一。
2.
这类陶瓷具有居里温度(T C)高(>500℃)，机电耦合系数各向异性明显,机械品质因数(Q m)高(2000～7200),老化特性好,电阻率高,介电击穿强度大等特征,适合于制作高温、高频工作条件下的压电元器件。
3.
介电常数低、自发极化强(如Bi4Ti3O12的自发极化强度约为50μC/cm2)、居里温度高、压电性能和介电性能各向异性大、电阻率高、老化率低、谐振频率的时间和温度稳定性好、机械品质因数较高和易烧结等。
因此,铋层状结构压电陶瓷在滤波器、能量转换及高温、高频领域有广泛的应用前景。
但铋层状结构压电陶瓷明显的缺点是压电活性低,矫顽场高
4.
低的介电常数、高居里温度、机电耦合系数各向异性明显、低老化率、高电阻率、大的介电击穿强度、低烧结温度，然而这类陶瓷有两个缺点：一是压电活性低, 这是陶瓷应用的致命弱点，也是研究的难点和热点，这是由于晶体结构特性决定其自发极化转向受二维限制所致；二是Ec 不高，不利于极化，应用在陶瓷显示器中铁电发射性能就差，这通常可通过高温极化来提高Ec。
5.
由于秘层状结构材料具有很多优越的性能,例如低介电常数、高居里温度、机电藕合系数各向异性明显、低老化率、高电阻率、高的介电击穿强度、低烧结温度等引起了人们广泛的关注。
且作为铁电材料, 秘层状材料疲劳特性好,漏电流小,因而特别适合于高温、高频场合使用。
也很适合用于非挥发随机储存器的记忆材料。
6.
钛酸铋钙(CaBi4 Ti4O15，CBT)是1种铋层状钙钛矿铁电材料，由于其低介电常数(ε)、高Curie 温度、低老化率、高电阻率、低烧结温度而引起国内外研究者的兴趣。
9.
BLSFs的介电常数低，介电损耗低，Curie 温度高，机械品质因数(Q m)高，谐振频率的时间和温度稳定性好，抗疲劳性能优异和经受住1012次重复擦写操作的能力。
10.
CaBi4 Ti4O15 ( m = 4) 是一种典型的铋层状结构压电材料，其Ca2 + 半径很小,居里温度高达790 ℃.但是其结构的限制,自发极化转向受到二维限制,压电活性较低。
11.
SrBi2 Ta2O9材料的剩余极化强度较低,烧结温度较高。
12.
用于制造FRAM的铁电材料，要求具有良好的抗疲劳性能和优良的铁电性能，包括要具有大的剩余极化(2Pr)、低的矫顽场(Ec)，同时，要有不高于现有半导体工艺相匹配的制备温度(小于650℃)
SrBi4Ti4O15(简称SBTi)系(n=4、n=5或n=7)陶瓷是铋层状钙钛矿结构铁电陶瓷材料。
研究发现：其剩余极化较大(单晶极化强度方向沿a或b轴时，2Pr=58μC/cm2)，热稳定性能也比较好(居里温度为520℃)，另外，SBTi系陶瓷又是非铅系列材料，是一种比较有前途的铁电陶瓷材料。
13.
钙钛矿型Pb(Zr,Ti)O3(PZT)材料由于具有较大的剩余极化(P r)、较低的娇顽场(E c)和高的居里温度而得到广泛关注,但PZT存在严重的疲劳问题。
同时由于PZT中含有大量的氧化铅,它们在制
备和使用过程中,会给人类和环境带来很大的危害。
13-2.
SrBi4Ti4O15的结构会随温度变化,低于居里温度T c(550℃)为斜方铁电相,空间群为A21am，高于居里温度T c为四方顺电相,空间群为I4/mmm，也有报道SrBi4Ti4O15在550～650℃会发生二次相变,向顺电斜方相转变(空间群为Amam)。
15.
铋层状压电陶瓷具有以下特点：低介电常数、高T c、机电耦合系数各向异性明显、低老化率、高电阻率、大的介电击穿强度、低烧结温度，因此铋层状材料特别适合于高温、高频场合使用。
另外作为铁电材料铋层状材料疲劳特性好，漏电流小。
铋层状结构材料的居里温度较高。
钛酸铋是许多铋层状结构压电材料的原形，也是铋层状结构压电材料最简单的一种。
它的居里温度较高675℃
16．
本文计算选择SrBi4Ti4o15铁电相结构，空间群为A21am(C4v)，晶胞参数为a=5.4507Å，b=5，4376 Å，e=40.9541 Å。
由于SrBi4Ti4o15铁电相和顺电相结构差别主要是由于类钙钦矿层中Ti06八面体的倾斜引起的。
从不同掺杂体系的总态密度图.37可以看出，掺入Nb后禁带宽度略有变宽，和选择掺杂体系时希望降低电导率相符合。
若晶体内宏观条件参数变化时能使某个模的恢复力系数减小乃至趋向于零，则这个振动模就是软模。
srBi4Ti4ols的结构会随温度变化，低于居里温度Tc(550℃)为斜方铁电相，空间群为A21am，高于居里温度Tc为四方顺电相，空间群为I4/mmm，也有报道SrBi4Ti4015在550一650℃会发生二次相变，向顺电斜方相转变(空间群为为Amam)。