BiZn05Ti05O3-PbTiO3陶瓷的结构、介电和铁电性能
BiZn05Ti05O3陶瓷的结构介电和铁电性能
在24MPa下压成φ15.0mmx1.5mm的圆片，将原片 排胶，当炉内温度升至1000℃时，将样品放入内， 烧结2h，随炉冷却。在进行电学性能测试前将陶瓷 样品双面磨平至1mm厚，并镀上Ag电极。
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六、结果预测
在本次试验中，对氧化物经750℃高温预烧后得 到的粉末进行了X射线衍射分析，应该可以看出ZnO、 Bi2O3和TiO2经750℃高温预烧后没有发生相分解而 产生新相，而得到具有钙钛矿结构Bi(Zn0.5Ti0.5)O3 。 用扫描电子显微镜可以观察到样品在烧结后的SEM 形貌，应该可以看出其晶粒较为均匀、瓷体十分致 密， 其气孔相对较少。
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五、实验方案
采用固相合成法合成Bi(Zn0.5Ti0.5)O3陶瓷。用电 子天平按Bi(Zn0.5Ti0.5)O3中含铋、锌和钛的物质的量比 2：1：1称取氧化铋（纯度99.9%）4.6600g，氧化锌 （纯度99.9%)0.4050g,氧化钛（纯度99.9%)0.3994g， 并加入无水乙醇用球磨机磨10h，使其混合均匀并使颗 粒细化，在750℃预热2h，使原料初步反应，预热后的 粉料烘干后经二次球磨，
固相合成反应不需要溶剂,它具有简单、方便、无 污染、成本低等优点。
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与液相合成反应相比其最大的优点就是反应充分、无副反 应、转化率高，尤其固相反应还可以合成一些液相反应无 法合成的物质。
固相合成又分为三种： （1）高热固相反应：反应温度高于600℃。传统固相 反应通常是指高温固相反应。 （2）中热固相反应：反应温度介于600℃到100℃之间 （3）低热固相反应：反应温度降至室温或接近室温。
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本文以固相合成法合制出片状Bi(Zn0.5Ti0.5)O3预 烧粉体，对其进行烧结而获得Bi(Zn0.5Ti0.5)O3陶瓷， 研究了预烧粉体颗粒的形貌对Bi(Zn0.5Ti0.5)O3陶瓷结 构和电性能的影响。
Bi(Zn0.5Ti0.5)O3-PbTiO3陶瓷的结构、介电和铁电性质
Bi(Zn0.5Ti0.5)O3-PbTiO3陶瓷的结构、介电和铁电性质摘要通过对Bi(Zn0.5Ti0.5)O3-PbTiO3固相合成，探究固相合成机理与合成方法，探究机构形貌表征的基本方法与手段，探究结构与性能的关系及所用实验手段，了解Bi(Zn0.5Ti0.5)O3-PbTiO3陶瓷的结构、介电和铁电性能。
Ba与Pb同为第六周期元素，Ba为第二主族元素，Pb为第四主族元素。
可以预测两者陶瓷在介电性质，铁电性质等方面可能会有相似之处，现已BaTiO3性质预测PbTiO3性质，并设计实验验证。
关键词：固相合成，离子掺杂，电滞回线总说明1、PbTiO3陶瓷的改性纯的PbTiO3陶瓷很难烧结，但是，在纯PbTiO3陶瓷中添加少量的添加物后，就能够烧结成致密的陶瓷，添加物能起矿化剂的作用，有效降低晶界能，减小自发应变，并固溶于晶格内使材料的物理性质得到改善。
因此，针对实际应用，开展各种添加物的研究十分重要，添加物在PbTiO3陶瓷中的改性作用大体分为如下三种。
(1),等价取代改性一般用Ca、Sr等离子取代Pb离子，制成改性的PbTiO3陶瓷。
其特点是可使材料的居里温度降低，自发应变减小，易于烧结出致密陶瓷。
（2）补偿取代改性一般用Fe、Nb、Ta、Mg、Zn、Ni、In、Mn、Sb和Co等离子取代Ti离子，所得材料的压电性能好，与PZT陶瓷类似。
（3）Pb空位取代改性La、Bi、Nd等添加物对PbTiO3陶瓷的性能有显著的影响，只要少量添加剂即能稳定PbTiO3陶瓷以防止开裂，并使材料容易极化。
上述三种改性方法，一般不单一使用，而是根据对材料性能的要求，采取综合改性措施。
2、改性PbTiO3陶瓷的制备工艺改性PbTiO3陶瓷可采用传统的PZT陶瓷工艺制备，即将原材料混合后，置于600~900度温度下预烧1~2h，球磨粉碎后，加强乙烯醇粘合剂成型，于1100~1240度下烧结成瓷。
为避免PbO挥发，应在密闭条件下烧成。
钛酸铋钠Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)的制备工艺
钛酸铋钠Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）的制备工艺摘要：结合钛酸铋钠Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）的性质，介绍了钛酸铋钠Bi0.5Na0.5TiO3（（BNT）的制备工艺。
关键词：钛酸铋钠Bi0.5Na0.5TiO3BNT）制备工艺压电陶瓷是一类极为重要的﹑世界各国竞相研究开发的功能材料，被广泛应用于通信﹑家电﹑航空﹑探测和计算机等诸多领域，是最重要的电子材料之一。
但是现在使用的压电陶瓷材料仍是含铅的，其中铅基压电陶瓷中氧化铅约占原材料总量的70%。
氧化铅是一种有毒物质。
因此，无铅压电陶瓷成为研究的热点。
Bi0.5Na0.5TiO3（缩写为BNT）具有铁电性强、压电常数较大、介电常数小、声学性能好等优良特性，且烧结温度较低，被认为是最具吸引力的无铅压电陶瓷材料体系之一[1]。
一、钛酸铋钠0.5Na0.5TiO3（BNT）的性质钛酸钡（BaTiO3）是最早发现的典型无铅压电材料，其居里温度较低，工作温度范围较窄，压电性能属于中等水平。
当前研究多集中在对钛酸钡进行深度改性，如BT-Nb2O5-Co3O4﹑BT-Nb2O5-ZnO﹑BT-Bi2O3-TiO2均具有平缓的电容量温度特性。
[2]研究表明，上述材料体系的平缓温度特性得益于陶瓷中形成的细晶结构或壳-芯（core-shell）结构[3，4]。
钛酸铋钠Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）是1960年Smolensky等[5]首次合成并发现的具有钙钛矿结构的铁电体，同时为A0.5A′0.5TiO3，是钛酸盐系列的典型代表。
BNT在室温下是三方铁电相，在230℃时经历弥散相变转变为反铁电相，在320℃转变为四方顺电相，520℃以上BNT为立方相。
BNT具有弛豫铁电体的特征，具有相对较大的剩余极化强度Pr（38μC/cm）﹑压电系数大（kt，kp约50%）﹑介电系数小（240～340）﹑声学性能好（其频率常数Np=3200Hz？m）和极高的矫顽场（7.5kV/mm）。
(Bi0.5Na0.5)TiO3-(Bi0.5K0.5)TiO3陶瓷在准同型相界附近的铁电和压电性能
ｘ ０１ ５ 到 ｘ ０２ 的样 品依 次编 号 为 Ｂ Ｔ１ ＝ ．３ ＝ ．４ ＮＫ ～
ＢＮ Ｋ Ｔ８。
性 能好 、烧 结温度 低 等优 良特 性 ，被 认 为是 最具 吸 引 力 的无铅 压 电陶瓷 材料 体系之 一 【 】 然 而 ， ＮＴ的矫 ３。 Ｉ ４ Ｂ 顽场 高 ，在铁 电相 区 的 电导率 高 ，因而很 难 极化 。加 之 ＮａＯ 易吸潮 ，陶瓷 的烧结 温度 范 围窄 ，导致 体系 ２
相 关实验 结 果 的基 础 上给 出 了 ＭＰ 的 具体范 围和结 Ｂ 构 分析 ，为 以 Ｂ － ＫＴ为基 的多元系 的探 索 。 ＮＴＢ 打下
了的基 础 。 同时 ，本 实验 还 对密 封烧 结工 艺对无 铅压 电陶瓷性 能 的影 响作 了初步 的研究 。
谐 调性 ，欧 盟 已出 台相 关指 令 禁止 或 限制使用 铅 等有 害物质 投放市场 。 无铅铁 电材料 逐渐取代 铅系 弛豫 铁 电
摘
要 ：通 过 传 统 的固 相 烧 结 法 合 成 （－） ｉ５ ｏ） ｉ －（ ｉ５ ｏ）ｉ 陶 瓷 （ 选 取 范 围 ０１ ５ ０ ４ 。先 在 ８ ０ ℃ 合 １ｘ（ ０Ｎａ５ Ｏ３ ＢｏＫ ＴＯ３ Ｂ Ｔ ｘ ５ ．３ ～ ． ） ２ ５
成 原料 粉 体 ，然 后 在 １０ ～ ２ ０ ℃下 烧 结 得 到 陶 瓷 样 品 。分 析 检 测 该 体 系 陶 瓷 的 结 构 以及 铁 电、 压 电性 能 。ｘ 射 线 衍 １０ １ ０ 射 分 析结 果表 明 ，该 二 元 系 准 同型 相 界 （ Ｂ）区 域位 于 ｘ ０１ ５ ０２ ５附近 。对 这 一 体 系铁 电和 压 电性 能 进 行 测 试 ， ＭＰ ＝ ． ～． ６ ２
（Bi0.5Na0.5）0.935Ba0.065TiO3-xBiScO3陶瓷储能及应变性能研究
（Bi0.5Na0.5）0.935Ba0.065TiO3-xBiScO3陶瓷储能及应变性能研究第33卷第12期无机材料学报 Vol. 33No. 12 2018年12月Journal of Inorganic Materials Dec., 2018收稿日期: 2018-04-27; 收到修改稿日期: 2018-07-04基金项目: 国家自然科学基金(11664006); 广西自然科学基金(2016GXNSFAA380069); 广西信息材料重点实验室项目(161001-Z, 171009-Z)National Natural Science Foundation of China (11664006); Guangxi Natural Science Foundation (2016GXNSFAA380069);Guangxi Key Laboratory of Information Materials (161001-Z, 171009-Z)作者简介: 刘国保(1991-), 男, 硕士研究生. E-mail: liuguobao77@/doc/1712443272.html, 通讯作者: 许积文, 副教授. E-mail: csuxjw@/doc/1712443272.html,; 王华, 教授. E-mail: wh65@/doc/1712443272.html, 文章编号: 1000-324X(2018)12-1330-07 DOI: 10.15541/jim20180198 (Bi 0.5Na 0.5)0.935Ba 0.065TiO 3-x BiScO 3陶瓷储能及应变性能研究刘国保1, 王华1, 2, 谢航1, 庞思剑1, 周昌荣1,2, 许积文1,2(桂林电子科技大学 1. 材料科学与工程学院; 2. 广西信息材料重点实验室桂林 541004)摘要: 本研究采用BiScO 3组分对固相烧结工艺制备的(1-x )(Bi 0.5Na 0.5)0.935Ba 0.065TiO 3-x BiScO 3(BNBT-x BS)无铅陶瓷进行改性, 考察了BiScO 3掺杂含量对陶瓷的微观结构、储能、场致应变和介电等性能的影响。
高介BaTiO3基铁电陶瓷性能研究的开题报告
高介BaTiO3基铁电陶瓷性能研究的开题报告一、研究背景铁电陶瓷是具有优异的铁电性和压电性能的一种新型功能材料。
BaTiO3作为铁电陶瓷中的代表性材料，其具有良好的铁电性和压电性能，在电子、通信、能源等领域得到广泛应用。
然而，BaTiO3的铁电性能随晶粒尺寸变小而降低，严重影响其应用性能。
因此，研究高介BaTiO3基铁电陶瓷的性能及其影响因素，对于提高BaTiO3的铁电性能具有重要意义。
二、研究目的本次研究的目的是针对高介BaTiO3基铁电陶瓷，探究不同因素对其铁电性能的影响，深入分析其物理机制，以期在提高BaTiO3铁电性能的同时，优化其制备工艺和性能表现，进一步提高其应用效果。
三、研究方法和步骤1. 样品制备：采用传统的固相反应法制备高介BaTiO3基铁电陶瓷样品。
2. 样品表征：运用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线分析仪（EDX）等表征方法，对制备的样品进行结构、形貌、组成等方面的表征。
3. 铁电性能测试：利用验电子显微镜（FE-SEM）、压电性能测试系统等设备，对不同制备条件下的样品进行铁电性能测试。
4. 机理分析：在实验基础上，通过对测试结果的分析和处理，进一步研究高介BaTiO3基铁电陶瓷的铁电机理和影响因素，并提出相应的优化措施和展望。
四、预期成果通过深入研究高介BaTiO3基铁电陶瓷的性能及其影响因素，探索其铁电机理，预期将获得以下成果：1. 优化BaTiO3铁电陶瓷制备工艺，提高其铁电性能；2. 研究高介BaTiO3基铁电陶瓷的铁电机理和影响因素，为该材料在电子、通信、能源等领域的应用提供理论基础和技术支持；3. 探索新型高介BaTiO3基铁电陶瓷的研究方向，拓展其应用范围和市场前景。
BiScO3-PbTiO3基高温压电陶瓷研究进展
BiScO3-PbTiO3基高温压电陶瓷研究进展金善龙;范桂芬;吕文中;王凯;徐星【摘要】兼具优异压电性能和高居里温度（tC）的压电陶瓷在高温极端环境条件下具有非常重要的用途，是当今压电铁电材料研究热点之一。
简要总结了压电陶瓷的居里温度、压电介电性能等的影响因素，重点介绍钙钛矿结构BiScO3-PbTiO3（BSPT）二元体系，从离子取代、化合物复合、氧化物掺杂等方面归纳总结该体系的改性研究进展。
%The piezoelectric ceramics with outstandingpiezoelectricproperties and high Curie temperature are significantlyapplied to the severe condition of high temperature,and itis one of the mostly researched piezoelectric and ferroelectric ceramics nowadays.It is briefly summarized that the factors influence the curie temperature and piezoelectric, dielectric properties of piezoelectric ceramics, focused on binary system of BiScO3-PbTiO3(BSPT) with perovskite structure, where theresearchingprogress of the modificationis summarized from the aspects of ionic substitution, compound composite, oxide doping.【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2017(036)001【总页数】6页(P8-13)【关键词】钙钛矿结构;压电陶瓷;综述;居里温度;BSPT;压电介电性能【作者】金善龙;范桂芬;吕文中;王凯;徐星【作者单位】华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉 430074;华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉 430074;华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉 430074;华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉 430074;华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TM28压电材料是利用正、逆压电效应，将机械能与电能进行相互转换的换能材料，被广泛应用到航空航天、雷达通信、医疗、家电、深井勘探等生活、工作各领域。
压电陶瓷
在电场E3和应力X1作用下，压电陶瓷片产生电位移
当E3 0，X1 ＝ 0, 产生的介电电位移：
D 3(1) = X33 E3 当E3 ＝ 0，X1 0, 产生的压电电位移： D 3(2) = d31 X1 当E3 0，X1 0, 产生的总电位移：
D3 ＝ D 3(1) ＋ D 3(2) = X33 E3 ＋ d31 X1
热力学关系（守恒定律）赋予物理性质本身的固有对称性对宏观 物理性质的影响－－要求描述晶体宏观物理性质的二阶以上张量 都是对称张量，如
介电常数张量元 ij = ji 应变 xij = xji
压电常数 dijk = dikj
压电陶瓷的介电常数
对各向同性介质， ij 为标量
对各向异性介质， ij 为二阶张量
X Di ij E j d i X E x d j E j s X
x Di ij E j ei x E X e j E j c x
第二类压电方程组
Ei ijX D j g i X
第三类压电方程组
D x g j D j s X
压电方程组
D3 ＝ X33 E3 ＋ d31 X1 x1 ＝ s11E X1＋ d31 E3
压电方程组
对于一般情况：
Di = ijX Ej + di µX µ
x = dj Ej + s µEX µ
可简写为： D= d X + X E x = sE X + d E
第一类压电方程组
类型 第一类边界条件 机械自由 机械夹持 机械自由 机械夹持 名称 电学短路 电学短路 电学开路 电学开路 特点 dX=0 d x=0 dX=0 dx=0 dx0 dE=0 dX 0 dE=0 dx 0 dD=0 dX 0 dD=0
BaTiO3-Ba(Fe0.5Nb0.5)O3基陶瓷宽温介电温度稳定性研究
BaTiO3-Ba(Fe0.5Nb0.5)O3基陶瓷宽温介电温度稳定性探究引言陶瓷材料是一类具有广泛应用潜力的功能材料，其中介电陶瓷材料具有其特殊的电学性能和热学性能，因此在电子器件、传感器等领域得到了广泛的应用。
而介电陶瓷材料的温度稳定性是衡量其性能的关键指标之一，因此在材料设计和制备过程中，温度稳定性的探究显得尤为重要。
正文1. BaTiO3-Ba(Fe0.5Nb0.5)O3基陶瓷的制备方法BaTiO3-Ba(Fe0.5Nb0.5)O3基陶瓷通常接受固相反应法制备。
起首，按照化学计量比例将BaCO3、TiO2、Fe2O3和Nb2O5等原料混合匀称，并放置在高温炉中进行烧结反应。
随后，将烧结得到的块状样品进行研磨，进一步制备成所需的外形和尺寸的陶瓷材料。
2. BaTiO3-Ba(Fe0.5Nb0.5)O3基陶瓷的结构分析通过X射线衍射(XRD)分析表明，BaTiO3-Ba(Fe0.5Nb0.5)O3基陶瓷主要以钙钛矿相(BaTiO3)和硬铁矿相(Ba(Fe0.5Nb0.5)O3)为主。
此外，电子显微镜观察还发现陶瓷材料具有致密的微观结构和细小的晶粒大小。
3. BaTiO3-Ba(Fe0.5Nb0.5)O3基陶瓷的介电性能测试通过介电常数测试发现，BaTiO3-Ba(Fe0.5Nb0.5)O3基陶瓷在室温下具有较高的介电常数，且随着温度的提高介电常数逐渐减小。
同时，温度对介电损耗的影响也被测量和分析。
试验结果显示，随着温度的提高，介电损耗逐渐增加，表明在高温下材料的损耗较大。
4. BaTiO3-Ba(Fe0.5Nb0.5)O3基陶瓷的温度稳定性分析为了探究BaTiO3-Ba(Fe0.5Nb0.5)O3基陶瓷的温度稳定性，我们分别在低温(-50℃)和高温(200℃)下测量了其介电性能。
试验结果显示，在低温柔高温条件下，该陶瓷材料的介电常数变化较小，证明其具有较好的温度稳定性。
此外，介电损耗在低温柔高温下也保持在较低水平，进一步表明该材料具有良好的温度稳定性。
4-2陶瓷的铁电性与铁电陶瓷教程
Ps=0
Ps （001)
（011) Ps
（111) Ps T< -90℃
三 角 三 晶 方 系
-90℃ <T<5 ℃
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§4-2 陶瓷的铁电性与铁电陶瓷
外加机械力的作用，将使BaTiO3的转变温度变化。 P
P
P
P
单晶 BaTiO3
Tc=TC0-5.71×10-8H
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§4-2 陶瓷的铁电性与铁电陶瓷
等静压的压缩力，有利于保留 小体积。体积膨胀型相变温度 升高，体积收缩型相变温度降 低。 120℃：四方→立方， V↓，Tc ↓ -90℃：三角→正交，V↑，T ↑ 0℃：正交→四方转变例外，V ↑T↓
BaTiO3单晶转变温度与等静压的关系
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§4-2 陶瓷的铁电性与铁电陶瓷
与单晶一样，压力增大， 居里温度降低
•利用铁电晶体的铁电效应实现数 据的存储：中心Ti4+的两个可能位 置保存“1”和“0”
•无电场作用下，可保持中心Ti4+ 位置不变，因此FRAM保存数据 不需要电压
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§4-2 陶瓷的铁电性与铁电陶瓷
(4) 电畴结构及其运动方式
A2 A3 B1
A1 A4
E＝0
B2 E≠0
四方BaTiO3中的180°与90°畴壁
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§4-2 陶瓷的铁电性与铁电陶瓷
氧八面体空隙越大，中心阳离子半径越小，电价越高， 晶体越容易产生自发极化。 但并不是所有含氧八面体的晶体都会出现自发极化。 氧八面体以共顶方式连接构成氧-高价阳离子直线（B-OB）是非常重要的条件。 如金红石晶体中没有 Ti-O-Ti离子直线，极化无法产生 连锁反应向前扩展而形成电畴，故不能产生自发极化。
Na05Bi05TiO3BaTiO3无铅压电陶瓷
第１７卷第１期无机材料学报Ｖｏｌ１７Ｎｏｌ２００２年１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｎｏｒｇａｎｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓＪａｎ２００２文章编号：１０００—３２４Ｘ（２００２）０１—００６１—０５Ｎａｏ５Ｂｉｏ．５Ｔ１０３一ＢａＴｉ０３陶瓷的介电和压电性能研究赵明磊１，王春雷１，艾树涛１，李明明２（１山东大学物理系，济南２５０１００；２．济南大学物理系，济南２５０１００）摘要：研究了Ｎａｏ５Ｂｉｏ５ＴｉＯａ和（Ｎａｏ５Ｂｉ。
５）ｏ９４Ｂａｏ０６ＴｉＯｓ陶瓷的电滞回线、压电性能和热滞现象得到（ＮａｏｓＢｉｏ５）ｏ９４Ｂａ．ｏ０６Ｔｉ０３陶瓷的剩余极化Ｐｒ＝ｌｇｔｔＣ／ｃｍ２、矫顽场最＝４７ｋＶ／ｍｍ发现用适量的Ｂａ蚪取代（ＮａｏｓＢｉｏｓ）¨尽管压电性能有所提高．但同时使得材料的温度稳定性大大降低关键词：介电常数；热滞：相变中豳分类号：ＴＭ２８２文献标识码：Ａ１引言钛酸铋铺系陶瓷（Ｎａｏ５Ｂｉｏ５）Ｔｉ０３是钙钛矿型铁电体，居里温度为３２０。
Ｃ，在室温时属于三角晶系，具有较强的压电性，是一种人们较为关注的无铅压电材料．但纯的钛酸铋钠陶瓷由于具有很大的矫顽场，因此极化非常困难，后来的研究发现Ｎａｏ５ＢｉｏｓＴｉ０３可与 （Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ．Ｐｂ）Ｔｉ０３等形成固溶体，且存在三角一四方的准同型相界（ＭＰＢ），烧结过程不需要控制气氛就可得到致密的瓷体，样品在ＭＰＢ附近的组分不仅降低了矫顽场，变得易于极化，而且显示出很好的压电性，因此成为一种很有希望的无铅压电材料【１￣“特别是对于ｚ（Ｎａｏ５Ｂｉｏ５）Ｔｉ０３一（１一ｘ）ＢａＴｉ０３二元系陶瓷，已报道了性能很好的压电性．其中（Ｎａｏ５Ｂｉｏ５）ｏ．９４Ｂａｏ０６Ｔｉ０３陶瓷由于在室温时处于三角四方准同型相界附近，因而压电性能最好，如：ｄ３３＝１２５（１０－１２Ｃ／Ｎ），ｋ３３＝５５％㈡尽管国外学者对钛酸铋钠系无铅压电陶瓷作了大量的研究和报遭，但报道的内容大多是改性材料的压电性，如：机电耦合系数和压电常数，而对于该材料系的全面、客观的研究报道还很少．我们选择了（Ｎａｏ５Ｂｉｏ５）Ｔｉ０３和（Ｎａ０５Ｂｉｏ５）ｏ９４Ｂａｏ０６Ｔｉ０３陶瓷作为研究对象，对它们的电滞回线、压电性能、极化条件、热滞现象等作了较为详细的对比研究，认为较差的温度稳定性是制约钛酸铋钠系陶瓷实用化进程的重要因素．２实验配方所用原料为纯度超过９９％的Ｂｉ２０３、Ｎａ２Ｃ０３，Ｔｉ０２、ＢａＣ０３，采用传统陶瓷工艺将配好的原料放入尼龙球磨罐中球磨１５ｈ，然后在８００。
无铅压电陶瓷
无铅压电陶瓷摘要：锆钛酸铅系(简写PZT)含铅陶瓷是目前广泛使用的高性能压电陶瓷，然而其对人类和自然会造成长期危害。
本文综述了替换材料无铅压电陶瓷的研究进展，包括锆钛酸钡（BZT）基、钛酸铋钠（BNT）基、铌酸钾钠(KNN）基、铋层状结构和钨青铜结构五类无铅压电陶瓷的性能，并分析制备方法和掺杂改性对无铅压电陶瓷的性能的影响，为改进工艺提高压电性能提供理论依据.关键词：无铅压电陶瓷；压电性能；锆钛酸钡；钛酸铋钠；铌酸钾钠；铋层状结构;钨青铜结构Abstract：Leaded ceramic is widely used because of its high-performance piezoelectric so far. However，it can cause long—term hazards to human and natural。
The research development of lead—free piezoelectric ceramics is briefly introduced,and the performance of BZT，BNT, KNN, and bismuth layered lead-free piezoelectricceramics are mainly introduced，and the effects of different modification methods on piezoelectric performance on them are analyzed。
It will provide theoretical supports toimprove the piezoelectric properties.Keywords:lead—free piezoelectric ceramic; piezoelectric performance; BaTiO3; Bi0。
Bi(Zn0.5Ti0.5)O3陶瓷的结构、介电和铁电性能
Bi(Zn0.5Ti0.5)O3陶瓷的结构、介电和铁电性能摘要以不同固相合成工艺制备Bi(Zn0.5Ti0.5)O3粉末，并对其压片烧结后样品的的XRD和SEM图进行分析．对成瓷性较好的样品的介电性能和铁电性能进行了测试．并研究结构与介电性能和铁电性能的关系。
结果表明：不同工艺均可合成具有钙钛矿结构的Bi(Zn0.5Ti0.5)O3样品，但对样品成瓷性影响很大．通过先将ZnO和TiO2在1200 0C煅烧．然后再同Bi2O3反应生成Bi(Zn0.5Ti0.5)O3的合成工艺，在较低的烧结温度下，就可烧制成粒径均匀、致密的陶瓷，相比其他工艺合成的样品，其介电常数(ε)得到了提高，介电损耗(tanδ)变小，为最佳合成工艺．通过固相合成法合成Bi(Zn0.5Ti0.5)O3陶瓷，来研究了陶瓷的结构形貌表征，以及探究结构与其介电和铁电性能等。
关键词：固相合成法，钛酸铋陶瓷，陶瓷的结构，介电，铁电性能目录1．引言 (2)2．实验过程 (2)3．结果和讨论 (3)3．1 XRD分析 (3)3．2 SEM图 (3)3．3电性能比较 (5)4 结论 (6)5．结构、性能的相互关系 (7)6．结构与性能的系对于陶瓷研究上的意义 (9)1、引言传统的压电陶瓷材料中应用最广泛、最成熟的是Pb(ZrTi)O3（简写为PZT）基陶瓷材料，但PZT 陶瓷的主要成分是PbO，而PbO 是一种易挥发的有毒物质，因此该压电陶瓷产品在制备、使用及废弃后的处理过程中不可避免地会引起铅污染环境的问题，这不仅与日益高涨的环境保护要求背道而驰，而且也影响到制备工艺和产品性能的稳定性，随着世界各国对环境保护的重视，势必采用无铅的压电材料来替代传统的Pb(ZrTi)O3 基压电陶瓷材料，以减少环境污染。
因此，压电陶瓷的无铅化就成为压电陶瓷发展的必然趋势。
在无铅压电陶瓷的研究中，具有铋层状结构的Bi(Zn0.5Ti0.5)O3陶瓷因其介电常数和谐振频率温度系数低、机械品质因数高、老化速率小以及适用于高温、高频、高稳定性的工作环境等优点而引起了人们广泛的关注[1∽3]。
(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06Ti1-x(Yb0.5Nb0.5)xO3无铅陶瓷的结构,储能、应变、介电
研究论文2019,V 〇I.33,N 〇. Z1www. mater-rep. com(Bi 0.5N ,〇& )〇.94B ,0.〇6TV x(Yb 〇&Nb 〇& )"O 3 无铅陶瓷的结构，储能、应变、介电及阻抗性能研究孙亚兵\包兆先\霍子伟\杨玲\许积文，周昌荣〃，王华〃1桂林电子科技大学材料科学与工程学院，桂林541004 2桂林电子科技大学广西信息材料重点实验室，桂林541004采用固相法制备了（巳：.5.30.5)0.94巳30.06丁：_!(丫9.5.90.5)!〇3(巳.巳丁—丫.，！ = 0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.07)无铅陶瓷，系统研究了（Yb 〇.5Nb 〇.5)4 +掺杂量对陶瓷相结构，表面微观结构，铁电、储能、应变及阻抗性能的影响。
研究结果表明：（Yb 〇.5Nb 〇.5)4+均固溶进入BN- B T 陶瓷基体中，形成单一的钙钛矿结构。
B N B T -Y N 陶瓷具有致密的结构，类球形的晶粒随着（Yb0.5Nb0.5)4 +掺杂量增加而明显细化。
陶瓷由 铁向铁，当！ = 0.02时可观察到类反铁的线。
掺杂陶瓷的储能密度和储能效率均得到提高，N ! = 0.03时陶瓷的储能密度和储能效率在70k V /c m达到0.62 J /c m 3、50. 16%; N ! = 0.02时B N B T -Y N 陶瓷大的， 量最大可达0.346%。
（Y b 0.5N 9.5)4+的掺杂降低了陶瓷的铁电性，使其向 铁，转变温度降低到，同时陶瓷的性。
关键词B N B T 陶瓷（Y b 0.5N 9.5)4+储能应变反铁电中图分类号:TQ174.1文献标识码:AStudy on Structure，Energy Storage ，Strain ，Dielectric，Impedance Properties of"Bi 〇.5N ,〇.5# 〇.94Ba 〇 〇6T$ _"(Yb 〇&Nb 〇.5) "〇3CeramicsSUN Yabing1 ,BA0 Zhaoxian1 , HUO Ziwei1 , YANG Ling1 ,XU Jiwen1'2 e ,ZH0U Changrong1 2, WANG Hua1'21 School o f M a te ria ls Science and E n g in e e rin g ，G u ilin U n iv e rs ity o f E le c tro n ic T e c h n o lo g y ，G u ilin 5410042G uangxi K e y Lab ora tory o f In fo rm a tio n M a te ria ls ，G u ilin U n iv e rs ity o f E le c tro n ic T e c h n o lo g y ，G u ilin 541004L ead-free ( Bi0.N a 0.) 0.94Ba0.6Ti1 _x (Yb0.N b0.) x 〇3 ceramics (x= 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.07) were prepared by solid phasemethod. The influences of (Yb0.N b 0i5)4 + doping amount on the phase structure, surface microstructure, ferroelectric, energy storage,strain and impedance properties were studied systematically. The results show that all (Yb0.5Nb0.5)4 +complex ions dissolve into BNBT ceramic matrix and form perovskite structure. BNBT-YN ceramics have compact structure, and the spheroid-like grains are obviously refined with the increase of (Yb0.5Nb0.5)4+ doping content. The phase transition from ferroelectrics to relaxation ferroelectrics is observed at x = 0■ 02. Complex ions doping improves the energy storage density and energy storage efficiency of BNBT-YNceramics. When doping amount is 0■ 03, the energy storage density and energy storage efficiency reach 0■ 62 J/cm3 and 50.16%〇 respectively at 70kV/cm. At doping content of 0.02, BNBT--YN ceramics illustrate large strain of up to 0.346%. (Yb0.5Nb0.5 )4+ doping reduces the ferroelectric properties of BNBT-YN ceramics and makes it transform into relaxed ferroelectric. The phase transition temperature drops below room temperature. The BNBT--YN ceramics have good insulation.Key words BNBT ceramics, (Yb0.N b0.)4+, energy storage, strain, anti-ferroelectric引言压电材料中的压电陶瓷是一种 实现机械能与电能转换的常见材料，特的压电性被于：器、驱 & 等 上[1]。
Bi(Zn0.5Ti0.5)O3—BaTiO3陶瓷的结构、介电和铁电性能
Bi(Zn0.5Ti0.5)O3—BaTiO3陶瓷的结构、介电和铁电性能摘要本文采用了固相合成法制备BBT系统陶瓷，以Bi(Zn0.5Ti0.5)O3—BaTiO3陶瓷系统为研究对象，通过SEM、XRD等实验手段对其合成过程进行分析，研究了陶瓷制备过程中烧结温度和烧结时间对结构演化的影响，并研究其结构与介电性能和铁电性能的关系。
结果得出：介电常数εr随着烧结温度升高而明显增大，且具有明显的频率敏感性。
三方相含量较高的BaTiO3陶瓷具有较高的矫顽场和较大的剩余极化强度；四方相含量较高的BaTiO3陶瓷具有较低的矫顽场和较小的剩余极化强度，Bi3+取代使三方相含量增加，铁电性能明显提高。
关键词：Bi(Zn0.5Ti0.5)O3—BaTiO3，固相烧结法，结构，介电性能，铁电性能内容引言近年来，由于建筑工业的发展和人们对装饰、装修要求的多样化，国内外建筑卫生陶瓷工业发张十分迅猛。
陶瓷在中国乃至世界有着辉光的篇章，20世纪的工业革命极大地推动了科学技术的进步和社会生产力的发展。
与金属材料和有机高分子材料比较，陶瓷材料的高强度、高硬度、耐腐蚀和化学性质稳定等特性使得它在机械、冶金、化工、航天航空等领域有着广阔的应用市场。
而陶瓷材料在热学、光学、磁学和电子学等方面所表现的特殊性能则构成了功能庞大的家族，为电子技术、传感技术和生物技术等现代高新技术的发展做出了重要贡献。
然而，陶瓷这一传统工业比其他新兴工业发展相对较慢，一方面是由于制造陶瓷的原料大多为天然矿物，在不同地区甚至同一地区原料的组成，结构和性能千差万别，对其认识主要是经验性的，而缺乏通用性和科学认识。
另一方面，陶瓷成型的技术性很强，难以机械化和自动化生产。
总之，传统陶瓷工业发展缓慢的根本原因是其组成—结构—性能之间的关系非常复杂，还有传统工艺技术上的垄断和保守。
一. BaTiO3陶瓷的晶格结构简介钛酸钡是属于典型的钙钛矿型晶体结构，其通式为ABO3。
Bi(GaxFe(1-x)O3-PbTiO3高温压电陶瓷的结构和介电性能
分布均匀 ， Ｆ ｅ 元素在局部区域无 明显 富集 ， 该 组分陶瓷在室 温下具有 最优 的介 电性能 ， 居里温度 为 ５ ７ ２℃。Ｂ ＧＦ － Ｐ Ｔ 陶瓷 在 较 低 温 度 和 高 温下 的载 流子 分 别 为 电子 和 氧 空 位 。Ｇ ａ 元 素 的引 入 抑 制 了 电子 电 导 和 氧 空 位 离 子 电 导 ，
摘
要： 采 用 传 统 固相 反 应 法 制 备 了 ０ ． ４ Ｂ ｉ （ Ｇ ａ Ｆ ｅ 一 ） Ｏ ３ － ０ ． ６ Ｐ ｂ Ｔ ｉ Ｏ ３ （ Ｂ Ｇ Ｆ － Ｐ Ｔ） （ ｚ一０ ． ０ ５ ， ０ ． ２ ５ ， ０ ． ４ ０ ， 质 量 分
数） 陶 瓷 。Ｂ Ｇ Ｆ － Ｐ Ｔ呈 四方 相 钙 钛 矿 结 构 ， 四方 畸 变 度 ｃ ／ ａ比约 为 １ ． Ｏ ９ 。当 ｚ （ Ｇａ ） 一２ ５ 时， Ｂ ＧＦ － Ｐ Ｔ 陶瓷 的 晶 粒
５ ７ ２℃ ． Ｔｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ ｏ ｘ ｙ ｇ ｅ ｎ ｉ ｏ ｎ ｖ ａ ｃ ａ ｎ ｃ ｉ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｌ Ｏ Ｗ ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ —
(1-x)BiFeO3-xBaTiO3陶瓷的结构与电学性能研究
(1-x)BiFeO3-xBaTiO3陶瓷的结构与电学性能研究代海洋;陈镇平;薛人中;李涛;许继峰【摘要】采用固相反应法制备了(1-x)BiFeO3-xBaTiO3多晶陶瓷样品,研究了BaTiO3添加对BiFeO3陶瓷结构、电学性能的影响.结果表明:当x由0增加到0.4时,样品的相结构由三方钙钛矿结构逐渐转变为立方结构,杂相有效消除;漏电流密度从1.1×10-5A·cm-2下降至1.1×10-7A·cm-2,相对介电常数提高了2.6倍,剩余极化强度增加了近20倍.【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2013(032)003【总页数】4页(P22-25)【关键词】BiFeO3陶瓷;BaTiO3添加量;铁电性能;漏电流;电滞回线;相结构【作者】代海洋;陈镇平;薛人中;李涛;许继峰【作者单位】郑州轻工业学院技术物理系,河南郑州 450002;郑州轻工业学院技术物理系,河南郑州 450002;郑州轻工业学院技术物理系,河南郑州 450002;郑州轻工业学院技术物理系,河南郑州 450002;郑州轻工业学院技术物理系,河南郑州450002【正文语种】中文【中图分类】O469铁磁电材料是一种同时具有（反）铁电性、（反）铁磁性性质的材料，并且该类材料的铁电性与磁性可以相互耦合，从而可能实现铁电性和磁性的相互调控[1-3]。
因此，多铁性材料是一种新型多功能材料，在信息存储、自旋电子学、传感器等方面有着广阔的应用前景[4-7]。
BiFeO3(BFO)是目前为止唯一在室温下同时具有铁电性和磁性的单相铁磁电材料，其铁电居里温度约为830 ℃，反铁磁奈尔温度约为370 ℃，并且室温下具有磁电耦合效应，因此具有潜在的应用前景[3-6]。
但是BFO中存在较大的漏导，导致其铁电性无法正确测量而获得饱和极化，限制了其应用[1-5]。
BFO体内漏导的根源是由于BFO形成及稳定存在的温度范围较窄，而且组分中存在高温下易挥发的Bi3+，在烧结过程中随Bi3+的挥发，材料内部会形成氧空位，引起 Fe3+降价为Fe2+，形成 Bi2Fe4O9和Bi36Fe2O57等杂相，产生一定的电导，引起剩余极化的下降[3-6]。
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结构表征及形貌分析
• 物相结构，采用X射线衍射（XRD）确定试样物相组成，分析所用仪 器为日本Rigaku公司的D/Max-2500V/Pl型X射线衍射仪。实验条件为： Cu/K-alphal辐射（40kv，200ma），波长为0.154056nm，扫描速率 10°/min。
• 烧结陶瓷样品淬火后，表面用JFC-1600型镀膜仪镀金，用荷兰 Philips-FEI公司生产的Quanta 200型环境电子显微镜（SEM）观察 材料的表面形貌和显微结构。采用X射线光电子能谱仪（EPS）对材 料微区成分元素种类与含量分析，分析所用仪器为北京卓越公司的型 号为GG314-JPS-9200能谱仪，如果测得Pb、Ti、Zn、Bi的含量比接
近实际配比数1:55:45:9，则说明制备物质成功。
刘海燕
Bi(Zn0.5Ti0.5)O3-PbTiO3陶瓷的 结构
B位有Ti和Zn，A位有Pb和Bi
刘海燕
研究前景及展望
钙钛矿型光催化材料由于组成元素可调和 与结构的稳定性，因此，对其光催化性能的研 究已经受到了人们很大的关注，科研人员也已 经取得了很大的成就。但是在许多方面还存在 很大的不足，因为目前对其催化机理还不是很 清楚，另外这种材料的使用范围还有待于向可 见光催化进行扩展。目前，钙钛矿型光催化材 料还没有实现产业化应用，但相信随着能源日 益紧迫，这种能提供绿色能源B位为过渡元素离子，A位和B位皆可被半径相近的其
他金属离子部分取代而保持其晶体结构基本不变，因此在理
论上它是研究催化剂表面及 催化性能的理想样品。由于这
类化合物具有稳定的晶体结构、独特的电磁性能以及很高的
氧化还原、氢解、异构化、电催化等活性，作为一种新型的
功能材料，在环境保护和工业催化等领域具有很大的开发潜
刘海燕
原料
本实验选用的原料均分析纯的试剂，采用传 统固相法制备。
试剂
纯度
含量
生产厂家
Bi2O3 PbCO3 ZnO Ti2O3
分析纯 分析纯 分析纯 分析纯
≥99℅ ≥98℅ ≥99℅ ≥98℅
北京化工厂 中国化学试剂三厂 天津市红岩化学试剂厂 天津市凯通化学试剂有限公司
刘海燕
设备
南京大学仪器厂生产星型球磨机 天津科器高新技术公司生产的型号为769YP-
刘海燕
谢谢！
刘海燕
60E压片机 日本Rigaku公司的D/Max-2500V/Pl型X射线衍
射仪 荷兰Philips-FEI公司生产的Quanta 200型环境电
子显微镜 北京卓越公司的型号为GG314-JPS-9200能谱仪
刘海燕
步骤
按配方称取原料→球磨（无水乙醇为介质， 10h）→干燥→合成（850℃-900℃，2h）→ 再次球磨（无水乙醇为介质，10h）→干燥→ 成型压片→烧成（1140℃-1160℃，2h）→ 磨片→烧银（500℃，30min）→极化→性能 测试
Bi(Zn0.5Ti0.5)O3-PbTiO3陶瓷 的结构、介电和铁电性能
班 级： 材料工程 801
学 生： 李 文 龙 指导老师： 云 斯 宁
答辩题纲
• 研究背景、意义及现状 • 实验 • 结构与性能表征 • 研究前景及展望
刘海燕
研究背景
钙钛矿型复合氧化物ABO3是一种具有独特物理性质和化 学性质的新型无机非金属材料，A位一般是稀土或碱土元素
体生长、陶瓷组分设计与加工等科学与技术知识，成功
地制备出多种ABO3类化合物晶体或陶瓷材料，并以其 不可替代的性能优势，成为现代功能材料领域的重要门
类。随着现代材料科学技术的进展，尤其是与电子信息
科学技术的交叉渗透，ABO3类化合物材料必将发挥出
愈来愈大的作用。
刘海燕
实验
原料 设备 步骤 结构表征及形貌分析
力。
刘海燕
研究意义
钙钛矿复合氧化物具有独特的晶体结构, 尤其经掺杂后形成的晶体缺陷结构和性能,可 被应用在固体燃料电池、固体电解质、传感 器、高温加热材料、固体电阻器及替代贵金 属的氧化还原催化剂等诸多领域。
刘海燕
研究现状
随着X射线衍射等现代分析技术与手段的发展，对 具有ABO3型的晶体结构的认识达到了更高水平 。人们 已不满足对原矿的开发和利用，而是依靠结晶化学、晶