[發(fā)明專利]具有臨界突變開關(guān)效應(yīng)的無鉛鐵電陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710302249.1
• 申請(qǐng)日: 2017-05-02
• 公開（公告）號(hào): CN107010947B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周昌榮;黎清寧;許積文;楊玲;袁昌來;曾衛(wèi)東;陳國華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/49
• 分類號(hào): C04B35/49
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 楊雪梅

本發(fā)明公開了一種具有臨界突變開關(guān)效應(yīng)的無鉛鐵電陶瓷材料及其制備方法，材料配方為：Bi_1/2Na_1/2Ti_0.85(Li_1/4Nb_3/4)_0.05(Zr_1/2Zn_1/2)_0.10O₃；通過B位與Ti⁴⁺離子相同化合價(jià)的復(fù)合離子(Li_1/4Nb_3/4)⁴⁺，以及不同化合價(jià)復(fù)合離子(Zr_1/2Zn_1/2)³⁺，嚴(yán)格以1:2的比例，在B位取代Ti⁴⁺離子，產(chǎn)生不同帶電缺陷類型，形成相鄰晶胞缺陷有序排列，產(chǎn)生電子和空穴補(bǔ)償型的帶電電疇(非空位或者離子補(bǔ)償效應(yīng))，因而出現(xiàn)特殊的臨界開關(guān)效應(yīng)的電場(chǎng)誘導(dǎo)巨應(yīng)變行為。制得產(chǎn)品經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量具有電場(chǎng)誘導(dǎo)的巨應(yīng)變性能，應(yīng)變量可達(dá)S%=0.47%，同時(shí)具有在臨界開關(guān)電場(chǎng)E_C=56kV/cm巨應(yīng)變發(fā)生，并且在很窄的電場(chǎng)范圍內(nèi)ΔE=2kV/cm發(fā)生完全應(yīng)變，在臨界區(qū)域，應(yīng)變變化率α可達(dá)2.8×10³。這些性能目前還未見報(bào)道，可以在特殊的場(chǎng)合應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的無鉛鐵電陶瓷材料，具體是一種ABO₃型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，具有臨界突變開關(guān)效應(yīng)的鈦酸鉍鈉(BNT)基無鉛鐵電陶瓷材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鐵電材料由于其優(yōu)良的介電性、壓電性、電致伸縮與性能可調(diào)控性等特性, 被廣泛應(yīng)用于傳感器、致動(dòng)器、微位移器、換能器等電子元件, 成為智能結(jié)構(gòu)(smartstructure)、微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、仿生器件(smart devices)、復(fù)合與梯度功能器件(composite and functionally grade device)等尖端領(lǐng)域的核心材料。含鉛鐵電材料具有優(yōu)異的電學(xué)性能，但無鉛化環(huán)保要求迫使人們?nèi)μ剿鳠o鉛材料。鈦酸鉍鈉(BNT)基無鉛陶瓷具有較強(qiáng)的鐵電性，非常具有開發(fā)潛力，是獲得廣泛關(guān)注的材料之一。目前BNT基無鉛陶瓷的優(yōu)良?jí)弘娦阅堋㈦妶?chǎng)誘導(dǎo)巨應(yīng)變，高儲(chǔ)能性能都有報(bào)道，但是具有臨界突變開關(guān)效應(yīng)的電場(chǎng)誘導(dǎo)巨應(yīng)變的BNT基陶瓷還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種ABO₃型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，具有電場(chǎng)誘導(dǎo)巨應(yīng)變，并同時(shí)具有臨界突變開關(guān)效應(yīng)的鈦酸鉍鈉(BNT)基無鉛鐵電陶瓷材料及其制備方法。

本發(fā)明一種具有臨界突變開關(guān)效應(yīng)的無鉛鐵電陶瓷材料，配方為：Bi_1/2Na_1/2Ti_0.85(Li_1/4Nb_3/4)_0.05(Zr_1/2Zn_1/2)_0.10O₃ ；

通過B位與Ti⁴⁺離子相同化合價(jià)的復(fù)合離子(Li_1/4Nb_3/4)⁴⁺，以及不同化合價(jià)復(fù)合離子(Zr_1/2Zn_1/2)³⁺，嚴(yán)格以1:2的比例，在B位取代Ti⁴⁺離子，產(chǎn)生不同帶電缺陷類型，形成相鄰晶胞缺陷有序排列，產(chǎn)生電子和空穴補(bǔ)償型的帶電電疇(非空位或者離子補(bǔ)償效應(yīng))，因而出現(xiàn)特殊的臨界開關(guān)效應(yīng)的電場(chǎng)誘導(dǎo)巨應(yīng)變行為。

上述具有臨界突變開關(guān)效應(yīng)的無鉛鐵電陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟：