[發(fā)明專利]一種具有低滯后大電致應變的鈮鎂酸鉛基三元壓電陶瓷材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011058341.6
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112194487A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設計）人: 李國榮;夏翔;曾江濤;鄭嘹贏;阮學政;滿振勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/499
• 分類號: C04B35/499;C04B35/622;C04B35/626;C04B35/638;C04B35/64;H01L41/187
• 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(yōu)麗

本發(fā)明涉及一種具有低滯后大電致應變的鈮鎂酸鉛基三元壓電陶瓷材料及其制備方法，所述鈮鎂酸鉛基三元壓電陶瓷材料的化學通式為：(1?y)((1?x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)?xPbTiO₃)?yBi(Zn_1/2Ti_1/2)O₃，其中0.20≤x≤0.40，0＜y≤0.30。

技術領域

本發(fā)明涉及一種具有低滯后大電致應變的鈮鎂酸鉛基三元壓電陶瓷材料及其制備方法，屬于功能陶瓷材料技術領域。

背景技術

壓電致動器能夠在電場作用下產生應變，由于具有驅動力大、位移精度高、抗電磁干擾、輕型化等優(yōu)點，是一類應用廣泛的微型位移控制器件。作為壓電致動器最重要的響應單元，壓電材料的電致應變行為對于致動器的位移性能起著決定性的作用。鈣鈦礦結構壓電陶瓷材料由于制備成本低、易于大批量生產等優(yōu)勢，其在高精度致動器領域的應用潛力一直受到了廣泛的關注。

極化處理后的壓電陶瓷能夠通過逆壓電效應能夠在電場作用下產生大的機械位移，其產生的應變量與施加的電場強度成線性關系。但是這種逆壓電效應產生的應變只適用于較小的外電場條件，并且產生的應變量也較小，難以滿足大應變量的致動器的應用需求。在較大電場強度條件下，雖然壓電陶瓷除了能產生基于逆壓電效應的應變外，由于電場下疇壁運動產生的非本征壓電響應的作用，壓電陶瓷能產生較大的非線性電致應變，但往往存在著較大的滯后，從而限制了其在高精度致動器領域的應用。為了有效降低壓電陶瓷的電致應變的滯后，同時保持較大的應變量，一個有效的方法是通過合理的組分設計，打破陶瓷的長程鐵電有序狀態(tài)，使電疇由宏疇向納米疇或極性納米微區(qū)(PNRs)轉變，即由正常鐵電狀態(tài)向弛豫態(tài)轉變。這些納米疇或PNRs在電場作用下能發(fā)生轉向，由短程鐵電有序向長程鐵電有序狀態(tài)轉變，即由弛豫態(tài)轉變?yōu)殍F電態(tài)，從而提高陶瓷的應變量。而在撤去電場的過程中，電場誘導的長程鐵電有序又能自發(fā)的回到初始平衡態(tài)，從而減小了電滯應變的滯后。

目前研究較多的電致應變壓電陶瓷材料主要包括含鉛的PbTiO₃(PT)體系，以及無鉛的BaTiO₃(BT)體系、K_1/2Na_1/2NbO₃(KNN)體系和Na_1/2Bi_1/2TiO₃(NBT)體系。其中，BT體系和KNN體系陶瓷的電致應變雖然一般存在較低的滯后(＜20％)，但其應變量一般也較小(＜0.2％)。而NBT體系由于獨特的弛豫特性，一般能產生較大的電滯應變，最大甚至能達到0.7％以上，但同時往往都存在著非常大的滯后(＞30％)，從而限制了其在致動器領域的應用。相比之下，PT體系作為一類成熟的壓電陶瓷材料已經有廣泛的商業(yè)化應用，但仍需進一步提高其電致應變，同時降低應變滯后，從而開發(fā)一種兼具大的應變量和低滯后的電致應變陶瓷材料。

發(fā)明內容

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種具有低滯后大電致應變的鈮鎂酸鉛基三元壓電陶瓷材料及其制備方法。

一方面，本發(fā)明提供了一種具有低滯后大電致應變的鈮鎂酸鉛基三元壓電陶瓷材料，所述鈮鎂酸鉛基三元壓電陶瓷材料的化學通式為：(1-y)((1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃)- yBi(Zn_1/2Ti_1/2)O₃，其中0.20≤x≤0.40，0＜y≤0.30。