[發(fā)明專利]一種BNT基無鉛熱釋電陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810204730.1
• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN108358626B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董顯林;彭萍;聶恒昌;王根水;曹菲
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明涉及一種BNT基無鉛熱釋電陶瓷材料及其制備方法，所述BNT基無鉛熱釋電陶瓷材料的化學(xué)組成為：(1?x)(0.98Bi_0.5Na_0.5Ti_1?yMn_yO₃?0.02BiAlO₃)?xNaNbO₃，其中，0≤x≤0.04，0≤y≤0.01。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種BNT基無鉛熱釋電陶瓷材料及其制備方法，屬于功能材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

熱釋電材料因具有隨著溫度變化可產(chǎn)生電荷的效應(yīng)，被廣泛應(yīng)用于紅外探測技術(shù)、熱傳感器、能量回收等領(lǐng)域。其中，熱釋電材料作為紅外探測器的核心元件，其工作模式主要有兩種：本征模式和介電模式。本征熱釋電模式是指利用自發(fā)極化隨溫度的變化產(chǎn)生電荷，工作溫度遠(yuǎn)離相變點(diǎn)，因此材料需兼具優(yōu)異熱釋電性能及高的相變溫度；介電模式主要利用的是介電常數(shù)隨電場的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)熱釋電效應(yīng)，工作時(shí)需要加載偏壓。因此，本征型熱釋電材料因溫度穩(wěn)定性好、無需溫度穩(wěn)定裝置、無需加載偏壓等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)用的單元、多元紅外探測器中獲得了廣泛應(yīng)用。目前，應(yīng)用的本征熱釋電材料主要是Pb(Zr,Ti)O₃、(PZT)、Pb(Sc,Ta)O₃、Pb(Mg,Nb)O₃-Pb(Zr,Ti)O₃等含鉛體系，這對于環(huán)境保護(hù)和人類可持續(xù)發(fā)展是不利的，無鉛化是熱釋電材料研究和應(yīng)用的必然趨勢。

近些年來，許多無鉛材料體系的熱釋電性能及其潛在應(yīng)用得到了研究人員的關(guān)注，包括SrBaNb₂O₆、K_0.5Na_0.5NbO₃、BaTiO₃、Bi_0.5Na_0.5TiO₃(BNT)等體系。大部分工作主要集中在提高體系的熱釋電性能，摻雜改性是優(yōu)化材料的熱釋電性能最常用的手段。在具有烏青銅結(jié)構(gòu)的SrBaNb₂O₆中摻入鈣元素可將熱釋電系數(shù)從0.71×10^-8Ccm^-2K^-1提高至1.30×10^-8Ccm^-2K^-1(Journal of Alloys and Compounds,695,2723(2017))。0.97K_0.5Na_0.5NbO₃-0.03(Bi_0.5K_0.5)TiO₃陶瓷通過錳摻雜，熱釋電性能得到顯著提高(Journal of Alloys andCompounds,506,323(2010))。另外，相界調(diào)控也是獲得高的熱釋電值的有效途徑，Srikanthet al.發(fā)現(xiàn)將(Ba_0.9Ca_0.1)TiO_3-xBa(Sn_0.2Ti_0.8)O₃體系的正方-四方相界提高至室溫，可以獲得較高的熱釋電系數(shù)(p＝2.05×10^-8Ccm^-2K^-1)(Scripta Materialia,146,146(2018))。Guoet al.在Bi_0.5Na_0.5TiO₃-0.7Ba(Zr_0.055Ti_0.945)O₃體系的準(zhǔn)同型相界處獲得了高的熱釋電系數(shù)～5.7×10^-8Ccm^-2K^-1，但降低了材料的退極化溫度T_d(～85℃)，溫度穩(wěn)定性差(AppliedPhysics Letters,103,182906(2013))。盡管無鉛材料在熱釋電方面獲得了很大的進(jìn)展，但性能仍然無法與含鉛PZT材料媲美。因此需要進(jìn)一步優(yōu)化其性能，獲得兼具優(yōu)異熱釋電性能及溫度穩(wěn)定性好的無鉛熱釋電材料。