[發明專利]室溫高電卡效應的無鉛弛豫鐵電陶瓷的制備方法

有效

• 申請號: 201710177407.5
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN106938929B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 翟繼衛;李峰;劉星;李朋;沈波
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳亮

本發明涉及室溫高電卡效應的無鉛弛豫鐵電陶瓷的制備方法，該陶瓷通過普通燒結法得到。由于材料中不含鉛，是一種環境友好型的材料。與現有技術相比，當組分位于各態歷經和非各態歷經相界附近時，該體系具有很高的電卡效應，該方法工藝簡單，材料的電卡效應很大，是一種優良的電卡材料，有利于高制冷效率的固態制冷系統的開發。

技術領域

本發明屬于制冷器件領域，尤其是涉及一種室溫高電卡效應的無鉛弛豫鐵電陶瓷的制備方法。

背景技術

目前，制冷器件中所采用的制冷物質主要是氟氯昂，由于氟氯昂會破壞大氣中的臭氧層和增加溫室效應，繼而破壞生態環境。由于世界各國對環境的日益重視，停止氟氯昂的使用已是大勢所趨，因此必須開發出一種高效低成本和環境友好型的制冷技術。基于電卡效應的制冷技術近些年來受到眾多研究者的關注。電卡效應是指，在極性材料中，施加和撤銷電場，材料所產生的可逆的溫度變化。2006年，由A.S.Mischenko等人在Pb(Zr_0.95Ti_0.05)O₃薄膜中，位于居里溫度發現了很大的電卡效應，在電場為E＝480kV/mm的電場強度下可以誘發出12K的溫度變化。隨后，B.Neese等人發現在鐵電聚合物中，當體系接近鐵電相轉變時，也可產生大的電卡效應。這些結果均表明鐵電材料在電致制冷領域的光明的應用前景。目前，關于電卡的研究主要集中在含鉛體系上，比如Pb(Zr,Ti)O₃,Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃體系，但是鉛對環境的污染和人體的有害性是非常大的，因此研究無鉛弛豫鐵電材料材料的電卡效應是非常有必要的。

近些年來，對于鈦酸鉍鈉基陶瓷的電卡效應也有報道，但是主要存在兩個方面的問題：1)比如由F.L.Goupil報道的0.18Bi_0.5Na_0.5TiO₃-0.82Bi_0.5K_0.5TiO₃體系，雖然電場E＝2.2kV/mm誘發的溫度變化ΔT～0.7K，大電卡效應所對應的溫度太高T＝160℃，并不適合實際化運用。在0.94Bi_0.5Na_0.5TiO₃-0.06KNbO₃體系中，電場E＝5kV/mm誘發的溫度變化ΔT～0.8K，大電卡效應所對應的溫度太高T＝120℃，同樣不適合實際化運用。另外一方面，根據已有文獻報道，大多數酸鉍鈉基陶瓷的電卡效應是通過間接測量法測量的(通過公式計算得到)，由于鈦酸鉍鈉基鐵電陶瓷是一個典型的弛豫鐵電體，間接測量法的運用是不精確的。

中國專利CN102173788A公開了一種鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷,還公開了這種鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷的制備方法,用于解決現有的鉛基壓電陶瓷應變量低的技術問題。技術方案是將分析純BaCO3、Bi2O3、TiO2、Li2CO3、Na2CO3按化學計量比為(Na1-xLix)0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3配料,其中:0≤x≤0.09；將配料放入球磨罐中球磨,球磨混合料烘干后壓塊,預煅燒,取出煅燒的料打碎,再球磨、過篩；將過篩后的粉料預壓成片,然后等靜壓成型；成型后的圓片經過燒結,得到鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷。上述專利所公開的一種鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷，因其具有高的應變特性，主要應用在驅動器等器件中，但是，該種壓電陶瓷不具有較高的電卡效應，限制了其應用范圍。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種室溫高電卡效應的鈦酸鉍鈉基無鉛弛豫鐵電陶瓷材料的制備方法，該陶瓷中不含鉛，在生產，使用，廢棄的過程中不會對環境造成危害，是一種環境友好型的鐵電制冷材料。同時，利用外加組元來調節鈦酸鉍鈉基陶瓷的弛豫特性。直接測量法測得的數據表明，在非各態歷經和各態歷經兩相共存時室溫下電卡效應達到最大值～0.4K。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：