[發明專利]四方相鋰銻鉭共摻雜鈮酸鉀鈉基壓電晶體及其制備方法

有效

• 申請號: 201310459769.5
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103469307A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 鄭立梅;王軍軍;霍曉青;王銳;桑士晶;楊彬;曹文武
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C30B29/30
• 分類號: C30B29/30;C30B15/00;C30B33/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及一種鈮酸鉀鈉基壓電晶體及其制備方法。

背景技術

壓電材料，是一種能夠實現機械能和電能之間相互轉換的功能性材料，在日常生活中有廣泛的應用。到目前為止，鉛基材料仍然是使用最為廣泛的壓電材料，但由于鉛在生產和使用過程中揮發，會對環境造成污染。因此，探索一種鐵電壓電性能良好，能夠代替鉛基材料的無鉛壓電材料是現在材料領域研究的一個重點。在2004年，日本豐田研究所的Y.Saito等人在Nature雜志上報道了（Lead-free?piezoceramics,Nature,2004,432,84.）Li、Sb、Ta共摻雜的鈮酸鉀鈉（（K，Na）NbO₃，簡稱為KNN）基壓電陶瓷具有優良的鐵電壓電性能，足以和鉛基材料鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷相媲美。利用反應模板晶粒生長技術制備的同組分織構陶瓷，其壓電性能有更一步的提高，這是無鉛材料研究的一個重大突破。在之后的幾年里，國內外學者在KNN陶瓷中摻雜各種元素（Bi，Ca，Li，Cu，Ti，Ta，Sb等）對其進行改性以進一步提高其壓電性能。研究結果表明，適當的Li取代KNN陶瓷中A位的K或者Na，同時用適量的Sb和Ta取代B位的Nb，(化學式為(K，Na，Li)(Nb，Sb，Ta)O₃)，這一組分的陶瓷表現出極為優異的壓電性能。

與陶瓷材料相比，晶體材料具有更加優異的壓電性能，并且通過工程疇方法可以進一步提高晶體的壓電性能。無論是從實用器件設計的角度，還是從基礎理論研究的角度，晶體都比陶瓷占有更大的優勢。但由于鈮酸鉀鈉是非一致熔融化合物，K、Na元素容易揮發，因此，要生長出尺寸較大，質量良好的鈮酸鉀鈉基壓電晶體是非常困難的。

發明內容

本發明的目的為了解決現有的技術制備過程中鈮酸鉀鈉基壓電晶體生長困難、尺寸小的問題，而提供了一種四方相鋰銻鉭共摻雜鈮酸鉀鈉基壓電晶體及其制備方法。

本發明中，四方相鋰銻鉭共摻雜鈮酸鉀鈉基壓電晶體的化學式為[(K_1-xNa_x)_1-yLi_y](Nb_1-z-tTa_zSb_t)O₃，其為鈣鈦礦結構，其中0.3<x<06，0.01<y<0.05，0.1<z<0.4，0<t<0.05。

四方相鋰銻鉭共摻雜鈮酸鉀鈉基壓電晶體的制備方法是按以下步驟完成：

一、稱取原料：

依照化學式[(K_1-xNa_x)_1-yLi_y](Nb_1-z-tTa_zSb_t)O₃稱取固體原料；按K元素:Na元素:Li元素:Nb元素:Ta元素:Sb元素的摩爾比為[(1-x)(1-y)]:[x(1-y)]:y:(1-z-t):z:t稱取K₂CO₃、Na₂CO₃、Li₂CO₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅和Sb₂O₅，其中0.3<x<06，0.01<y<0.05，0.1<z<0.4，0<t<0.05；

二、制備預燒合成的多晶粉體原料：