[發明專利]一種KNNS-BNZ+CuO壓電陶瓷材料及其制備方法、應用

在審

• 申請號: 202111669999.5
• 申請日: 2021-12-31
• 公開（公告）號: CN114478006A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 張斗;遲文潮;周學凡;鄒金住
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622;C04B41/88;H01L41/187;H01L41/43
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 李英

本發明屬于功能陶瓷材料領域，具體公開了一種KNNS?BNZ+CuO壓電陶瓷材料及其制備方法、應用，具有以下化學式的固溶陶瓷材料：(1?x)[0.95(K_0.5Na_0.5)(Nb_0.95Sb_0.05)O_3?0.05Bi_0.5Na_0.5ZrO₃]+xCuO；其中，x＝0.002～0.02。本發明還提供了所述材料的制備和應用，通過制備KNNS?BNZ粉末以及CuO對KNNS?BNZ進行固溶摻雜，有助于改善制得的產物的致密性、降低缺陷。本發明研究發現，所述的全新的KNN基壓電陶瓷材料具有良好的壓電系數d₃₃、機械品質因數Q_m，本發明的KNNS?BNZ+CuO壓電陶瓷材料適于高頻下的壓電器件應用。

技術領域

本發明涉及無鉛壓電陶瓷技術領域，具體涉及一種KNNS-BNZ+CuO壓電陶瓷材料及其制備方法、應用。

背景技術

功能材料中，壓電材料可以實現電能和機械能的相互轉換，是許多電子元器件的關鍵組件，如傳感器、微位移器、驅動器、換能器和能量收集器等。壓電性能和機械品質因數在實際應用中至關重要。在無鉛壓電陶瓷材料中，鈮酸鉀鈉(K_0.5Na_0.5NbO₃，KNN)基壓電材料具有高壓電系數(d₃₃～500pC/N)、低的矯頑場(E_c～10kV/cm)和高的居里溫度(T_c＝410℃)等，壓電應用前景良好。為了提高d₃₃，一般是在KNN基壓電材料的A/B離子位進行摻雜取代，從而在室溫下實現多相共存結構，最終獲得優化的電學性能。近幾年來，隨著KNN基壓電陶瓷的壓電性能和溫度穩定性的不斷提高，在壓電性能方面，已經達到甚至超過商業用PZT3、PZT 4(d₃₃～500pC/N)，有望在壓電性能要求較高的傳感器等壓電器件實現應用。但KNN基壓電陶瓷獲得較高壓電性能的同時，機械品質因數Q_m較低(～30-50)，難以滿足高功率和高頻率型器件的應用要求，如超聲霧化器等。因此亟需尋求一種能夠提升Q_m而不會過度損害d₃₃的有效方法。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種KNNS-BNZ+CuO壓電陶瓷材料及其制備方法、應用，通過采用CuO對KNNS-BNZ進行固溶摻雜，并進一步基于CuO含量的控制，提供了一種兼顧良好壓電系數d₃₃、機械品質因數Q_m的新KNN基壓電陶瓷材料，解決了上述背景技術中提到的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種KNNS-BNZ+CuO壓電陶瓷材料，所述壓電陶瓷材料的化學式為：(1-x)[0.95(K_0.5Na_0.5)(Nb_0.95Sb_0.05)O_3-0.05Bi_0.5Na_0.5ZrO₃]+xCuO；其中，x＝0.002～0.02；

所述壓電陶瓷材料通過添加CuO含量，其陶瓷壓電系數d₃₃為269pC/N；其陶瓷機械品質因數Q_m由33提升至168.7。

優選的，所述的壓電陶瓷材料的化學式為：(1-x)[0.95(K_0.5Na_0.5)(Nb_0.95Sb_0.05)O_3-0.05Bi_0.5Na_0.5ZrO₃]+xCuO；其中，x＝0.008～0.01。

為實現上述目的，本發明還提供如下技術方案：一種KNNS-BNZ+CuO壓電陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟：