[發明專利]低電場下大應變響應無鉛壓電織構陶瓷材料及制法和應用

在審

• 申請號: 201410304663.2
• 申請日: 2014-06-30
• 公開（公告）號: CN104098328A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 翟繼衛;白王峰;沈波;李玲玉;張揚
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C04B35/462
• 分類號: C04B35/462;C04B35/66
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術領域

本發明屬于無鉛壓電材料領域，尤其涉及一種無鉛壓電(1-x)[(1-a)BNT-aBKT)]-xBT織構陶瓷材料及該無鉛壓電織構陶瓷材料織構化的方法。

背景技術

壓電材料是一種無機材料，是一種實現機械能和電能相互轉換的電子信息材料，在電、磁、力、熱等功能器件中有著舉足輕重的作用。隨著現代社會的快速發展，材料的制備技術、研究方法和測試手段得到了大幅度發展，使得壓電材料的性能得到了極大的提高，進一步促進了以壓電材料為基礎的功能器件在高技術領域的發展和應用價值。目前鉛基的壓電材料，例如鋯鈦酸鉛(Pb(Ti，Zr)O₃，PZT)，由于其優異的電性能特別是壓電性能，成為應用最為廣泛的材料，但是鉛基的壓電材料在制備加工過程中造成環境的嚴重污染，給人類的身體健康帶來災害。因此基于保護生態環境的需要和人類的健康迫切需求，研究開發環境友好型的無鉛壓電材料取代鉛基材料已經是一項緊迫而有重要現實意義的任務。

目前，在改善無鉛壓電材料的性能方面已經取得了一定的發展，但是總的來說，現在還沒有一種無鉛壓電材料能完全取代鉛基材料，因此還需要做深入的研究和探索，進一步促進無鉛壓電材料的實用化發展。目前陶瓷的制備方法主要集中在傳統的固相反應上面，材料的性能已經達到瓶頸，很難有大的提高，因此，許多學者通過控制材料的結構來改變性能，其中最多的就是壓電材料的織構化。鈦酸鉍鈉由于具有豐富的相變過程，導致材料呈現出優越的電致應變，最近幾年來受到各國學者的廣泛關注，其基本出發點集中在引入具有把相變溫度調控到室溫的第二元和第三元，以此來提高材料的應變特性。Shan-Tao?Zhang在BNT的基礎上引入了BT和KNN，構筑了(1-x-y)Bi_0.5Na_0.5TiO₃-xBaTiO₃-yK_0.5Na_0.5NbO₃三元體系，通過組分的優化，電致應變在x＝0.06，y＝0.02處取得最大值0.45％，相應的動態壓電系數為560pm/V。([Shan-Tao?Zhang，Alain?Brice?Kounga，and?Emil?Aulbach.Giant?strain?in?lead-free?piezoceramics?Bi_0.5Na_0.5TiO₃-BaTiO₃-K_0.5Na_0.5NbO₃System.APPLIED?PHYSICS?LETTERS91，112906(2007))。然而目前通過傳統的固相燒結技術制備的BNT基陶瓷材料存在兩個明顯的缺點，一方面性能提升幅度不大，基本上都在600pm/V以下，另一方面，大的應變響應需要較高的電場，一般都在60kV/cm以上，這就嚴重影響了材料的實用化。