[發明專利]一種具有高kp

在審

• 申請號: 201911065405.2
• 申請日: 2019-11-04
• 公開（公告）號: CN112759390A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 李國榮;黃思瑜;曾江濤;鄭嘹贏;時雪
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/491
• 分類號: C04B35/491;C04B35/622;C04B41/88;H01L41/187;H01L41/39;H01L41/43
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種具有高k_p值的PSN?PZT壓電陶瓷及其制備方法，所述PSN?PZT壓電陶瓷的化學計量通式為xPb(Nb_0.5Sb_0.5)O₃?(1?x)Pb_1?1.5yNd_y(Zr_0.53Ti_0.47)O₃；其中0＜x≤0.1，0＜y≤0.1。所述PSN?PZT壓電陶瓷的k_p值為0.48～0.82。

技術領域

本本發明涉及一種具有高k_p值壓電陶瓷及其制備方法，特別涉及一種Nd³⁺摻雜改性的PSN-PZT壓電陶瓷及其制備方法，屬于壓電陶瓷領域。

背景技術

自壓電效應被居里兄弟發現以后，經過眾多工作者百年的努力研究，壓電材料實現了在生活中的廣泛應用。隨著科學技術的不斷發展，壓電材料的應用逐漸滲入到高新科技領域，如航空航天的安全監測系統，工程建筑中的探傷檢測系統等。PSN-PZT壓電陶瓷是一個典型的三元體系，其具有較高的機電耦合系數。機電耦合系數k_p是機電能量轉換效率的量度，也是評價材料壓電性能優良的重要參數。具有高k_p的材料可以廣泛應用在能量收集器，電聲換能器，寬帶濾波器和水聲換能器等領域。科技的進步督促著眾多科研工作者不斷努力尋找具有高k_p值的新材料以滿足未來應用的需求。

目前，科研工作者們對許多不同種類的三元鉛基體系進行了研究，但他們的k_p值普遍都在0.5～0.7之間。如R.Pramanik^[1]等人通過控制晶粒尺寸制得的PMN-PT的k_p值只有0.7；高翔宇^[2]等人制得的PNN-PZT壓電陶瓷的k_p值僅有0.63。而對于無鉛壓電陶瓷，其k_p值更低，趙志浩^[3]等人制備的織構化BNT-BKT-BT陶瓷的k_p值僅有0.31；Sridevi Swain^[4]等人制得的NBT-BT陶瓷的k_p僅能達到0.21。目前，在含鉛和無鉛壓電陶瓷中，添加Nd³⁺可以改善壓電性能，但是無法將k_p提高到0.65以上。Ajaj Garg^[5]等人嘗試過在PZT體系中摻雜Nd³⁺，將其k_p由0.33提高到0.49。在工業生產中，做的比較好的當屬貴州振華鴻運電子有限公司，他們對PSN-PZT陶瓷進行了Sr²⁺、Ba²⁺、Ca²⁺和Mg²⁺一系列復雜的摻雜，但其k_p最大也只能提高到0.79左右。綜上種種表明，這種普遍較低的k_p值及較高的k_p卻摻雜復雜的現象限制了寬頻濾波器，換能器等領域的發展。因此，研究一種具有高k_p值且摻雜簡單的壓電材料對于力電能量轉換領域的發展具有里程碑式的意義。

參考文獻：

[1]R.Pramanik,M.K.Sahukar,Y.Mohan,B.Praveenkumar,S.R.Sangawar,A.Arockiarajan,Effect of grain size on piezoelectric,ferroelectric anddielectric properties of PMN-PT ceramics,Ceram Int 45(5)(2019)5731-5742.

[2]X.Gao,J.Wu,Y.Yu,Z.Chu,H.Shi,S.Dong,Giant Piezoelectric Coefficients inRelaxor Piezoelectric Ceramic PNN-PZT for Vibration Energy Harvesting,AdvFunct Mater 28(30)(2018)1706895.