[發(fā)明專利]一種寬穩(wěn)定性窄帶鈮酸鉀鈉基鐵電陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010036457.3
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111153697B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 紀(jì)紅芬;蔣超;劉超;盧榮華;柯番
• 申請（專利權(quán)）人: 西安工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622;C04B35/63;C04B41/88
• 代理公司: 北京化育知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11833
• 代理人: 尹均利

本發(fā)明公開了一種寬穩(wěn)定性窄帶鈮酸鉀鈉基鐵電陶瓷材料及其制備方法，該材料其化學(xué)式為(1?x?y)K_0.5Na_0.5NbO₃?y(BaNb_0.5Ni_0.5O₃)?xLiNbO₃,通過傳統(tǒng)的陶瓷制備固相反應(yīng)法，經(jīng)過烘料，配料、球磨、烘干，預(yù)燒、二次球磨、烘干，造粒、成型、燒結(jié)、拋光和被銀電極，獲得該陶瓷材料，制備工藝簡單，成本低，無污染，該陶瓷材料具有介電常數(shù)高并且在較寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，介電損耗小，光譜帶隙較窄，制備工藝簡單，制備成本低的優(yōu)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于窄帶隙、高溫度穩(wěn)定性多功能電介質(zhì)陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種寬穩(wěn)定性窄帶鈮酸鉀鈉基鐵電陶瓷材料及其制備方法。

背景技術(shù)

信息、能源與材料被譽(yù)為21世紀(jì)的三大支柱，其中多功能材料的應(yīng)用更是人們不斷追求的目標(biāo)。鐵電材料是一類典型的多功能材料，因其具有優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)而應(yīng)用于存儲器、濾波器、驅(qū)動器、探測器、光波導(dǎo)和光學(xué)倍頻器等重要的新型元器件。這些元器件在軍事、汽車電子、通訊設(shè)備、家電機(jī)電、新一代計算機(jī)等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用前景。正因如此，鐵電體的研究已成為近些年高新技術(shù)方向關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

鐵電氧化物因其便宜、豐富、性質(zhì)穩(wěn)定以及光電性能可由化學(xué)摻雜、應(yīng)力工程等來調(diào)控而有望在光伏領(lǐng)域中大放異彩。鐵電材料是指在一定溫度范圍內(nèi)能夠產(chǎn)生自發(fā)極化并且其自發(fā)極化方向在外加電場下可以發(fā)生改變的一類材料，因其具有高介電常數(shù)、良好的非線性光學(xué)性能以及熱釋電效應(yīng)等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于電子元器件制備、激光技術(shù)以及熱成像等領(lǐng)域。而且鐵電氧化物的寬帶隙(3-4eV)使得太陽光譜的利用率只有8％左右。考慮到太陽光為廣譜性譜，能量跨越紫外到遠(yuǎn)紅外區(qū)，對應(yīng)波長范圍從200到2500nm，其中，紫外、可見、紅外光分別占有8.7％，43％和48.3％，寬帶隙的鐵電體只能吸收紫外區(qū)域的高能光子。研究發(fā)現(xiàn)鈮酸鉀系鈣鈦礦氧化物材料的光電性質(zhì)，通過成分連續(xù)替換路徑，運(yùn)用基于固相反應(yīng)的高溫密閉燒結(jié)法制的一系列具有ABO₃結(jié)構(gòu)的金屬氧化物吸光材料KNbO₃-BaNi_1/2Nb_1/2O₃。這類氧化物不僅具有鐵電性質(zhì)，而且可以在可見光波段高效吸收太陽光，還表現(xiàn)出能帶和吸光量對組分的高度依賴性以及變化范圍在1.1～3.8eV的直接帶隙。其性能遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)鐵電體且KBNNO的光電流密度要比鋯鈦酸鉛鑭材料高出約五十倍，光吸收能力強(qiáng)出三至六倍。近幾年，鐵電光伏效率顯示出了高極化窄帶隙光伏材料很好的應(yīng)用前景。

而壓電陶瓷的性能隨著時間和環(huán)境溫度而變化，這將對其實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)生影響。因此，有必要提升多功能鐵電材料的溫度穩(wěn)定性。不管是早期離子摻雜改性還是最近二元系、三元系的構(gòu)建，其本質(zhì)都是將菱形-正交相變點(diǎn)上移至室溫或正交-四方相變點(diǎn)下移至室溫又或者將兩者同時移至室溫構(gòu)建菱形-四方相變。在室溫附近兩相共存區(qū)域KNN基壓電陶瓷的電學(xué)性能得到極大的提高，然而同時也伴隨著溫度穩(wěn)定性的惡化。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，KNN基壓電陶瓷室溫附近的相變與PZT基陶瓷中準(zhǔn)同型相界是不同的，一般稱為多型相變。陶瓷的溫度穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)材料實(shí)用化的重要指標(biāo)。有研究報道，通過摻雜改性將相變溫度下降到實(shí)際應(yīng)用溫區(qū)之外，從而提高材料的溫度穩(wěn)定性。通過寬化相變溫區(qū)達(dá)到改善溫度穩(wěn)定性的目的。

因此，如何通過摻雜改性將相變溫度下降到實(shí)際應(yīng)用溫區(qū)之外，從而提高材料的溫度穩(wěn)定性，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種寬穩(wěn)定性窄帶鈮酸鉀鈉基鐵電陶瓷材料及其制備方法，所述鐵電陶瓷材料的化學(xué)通式為：

(1-x-y)K_0.5Na_0.5NbO₃-y(BaNb_0.5Ni_0.5O₃)-xLiNbO₃