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铌酸铋锶基铋层状结构复相陶瓷的介电弛豫性能

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硅酸盐学报 2016年第6期44卷 799-805页

作者：周康杜慧玲郝星辰姚淼西安科技大学材料科学与工程学院西安710054

采用分步固相烧结工艺制备(1–x)SrBi_2Nb_2O_9–xN_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3(SBN–NBT)铋层状结构复相无铅压电陶瓷。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及介电和压电测试系统等对陶瓷样品的相结构、微观形貌和电性能进行表征。结果表明:样品... 详细信息

采用分步固相烧结工艺制备(1–x)SrBi_2Nb_2O_9–xN_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3(SBN–NBT)铋层状结构复相无铅压电陶瓷。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及介电和压电测试系统等对陶瓷样品的相结构、微观形貌和电性能进行表征。结果表明:样品均形成了钙钛矿结构(BLSF)相与铋层状结构相两相共存的复相结构,铋层状结构相随NBT引入量增多由SBN逐渐转变为2层与3层BLSF插层结构相,再转变为3层铋层状相。随着NBT组分增加,相变峰向高温移动,铁电–顺电相变峰值介电常数随之减小,相应的介电峰半高宽弥散度增大,铁电–顺电相变弥散程度增强。当x=0.4时,样品弥散因子γ达到1.95,表现出典型的弛豫铁电体相变特征;当x=0.1时,样品电性能达到最佳值:Curie温度TC、室温介电常数和d33分别达到474℃、177和13 p C/N。

关键词：铋层状结构弥散相变弛豫铁电体介电性能

铋层状结构无铅压电陶瓷的研究与进展——无铅压电陶瓷20年发明专利分析之三

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功能材料 2003年第5期34卷 491-495页

作者：赁敦敏肖定全朱建国余萍鄢洪建四川大学材料科学系四川成都610064

　铋层状结构无铅压电陶瓷因其居里温度高、介电常数低、介电击穿强度大及各向异性大等特征近年来受到广泛研究。本文归纳和分析了铋层状结构无铅压电陶瓷近20年的发明专利,着重介绍了主要体系的压电铁电性能,并对铋层状结构无铅压电陶... 详细信息

　铋层状结构无铅压电陶瓷因其居里温度高、介电常数低、介电击穿强度大及各向异性大等特征近年来受到广泛研究。本文归纳和分析了铋层状结构无铅压电陶瓷近20年的发明专利,着重介绍了主要体系的压电铁电性能,并对铋层状结构无铅压电陶瓷今后的发展与研究提出了一些建议。

关键词：无铅压电陶瓷铋层状结构压电材料发明专利综述

铋层状结构无铅压电材料的研究现状与发展趋势

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硅酸盐通报 2010年第6期29卷 1363-1366页

作者：崔永涛周丽玮付兴华燕克兰于玲君济南大学材料科学与工程学院济南250022 中国建筑材料联合会北京100831

铋层状结构无铅压电材料因其具有居里温度高、品质因数高、击穿强度及各向异性大等特性而受到人们的重视。本文介绍了铋层无铅压电材料的结构特点,综述了该体系压电陶瓷的微量元素与制备工艺对材料压电、铁电性能的影响规律,着重讨论了... 详细信息

铋层状结构无铅压电材料因其具有居里温度高、品质因数高、击穿强度及各向异性大等特性而受到人们的重视。本文介绍了铋层无铅压电材料的结构特点,综述了该体系压电陶瓷的微量元素与制备工艺对材料压电、铁电性能的影响规律,着重讨论了不同位离子取代对陶瓷性能和结构的影响,概括了制备高取向陶瓷的先进制备技术,并展望了铋层无铅压电材料未来的发展趋势。

关键词：无铅压电材料铋层状结构掺加改性压电性能

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铋层状结构压电陶瓷及敏感元件高温特性研究

电子元件与材料 2002年第5期21卷 11-13页

作者：李承恩李毅周家光上海联能科技有限公司上海200233

介绍了铋层状结构压电陶瓷的特点和改性试验所获得的一些结果。针对压电活性低,采取A位复合置换方式对CBT(CaBi4Ti4O15)基材料进行改性研究,特别研究了改性后材料的高温特性,结果表明,改性材料的压电性能、居里温度、高温电阻率等参数... 详细信息

介绍了铋层状结构压电陶瓷的特点和改性试验所获得的一些结果。针对压电活性低,采取A位复合置换方式对CBT(CaBi4Ti4O15)基材料进行改性研究,特别研究了改性后材料的高温特性,结果表明,改性材料的压电性能、居里温度、高温电阻率等参数有大的改善,qC达800℃以上,d33达18 pC/N以上,在500℃时体电阻率大于106Ω·cm,高温敏感元件在430℃连续保温170 h,绝缘电阻大于1.5 MΩ。

关键词：压电陶瓷铋层状结构高温特性敏感元件

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铋层状结构无铅压电陶瓷的离子取代改性研究

铋层状结构无铅压电陶瓷的离子取代改性研究

作者：赵燚西安科技大学

学位级别：硕士

铋层状结构无铅压电陶瓷具有较高的居里温度和良好的抗疲劳性能,因此在高温压电应用及铁电存储方面具有广阔的应用前景。但是单一铋层状材料具有难以实用化的缺点,因此本文采用生成固溶体和离子取代两种方法改善材料的电学性能,系统研... 详细信息

铋层状结构无铅压电陶瓷具有较高的居里温度和良好的抗疲劳性能,因此在高温压电应用及铁电存储方面具有广阔的应用前景。但是单一铋层状材料具有难以实用化的缺点,因此本文采用生成固溶体和离子取代两种方法改善材料的电学性能,系统研究了材料的结构特性与介电性能、铁电及压电性能的关系,对制备高性能且实用性的铁电材料具有一定的指导意义。本论文采用传统陶瓷制备工艺,成功制备了(SrBiTaO)(BiTiTaO)陶瓷体系。该体系形成了单一正交晶系铋层状结构,随着SBT引入量的增多,晶粒逐渐增大,结晶度逐步提高,晶粒尺寸趋于一致。当x=0.6mol时,室温下的介电性能最优,此时=131.6516,tan =0.01273。SBT含量的增多使晶体中A位加权离子半径增大,同时离子极化率减小,因此居里温度随之降低(x=0.6,Tc=450℃)。首次将钙钛矿结构与铋层状结构固溶制得(BaTiO)(SrBiTaO)(0.05≤x≤0.3)陶瓷。当x≤0.2时为单相铋层状结构,当x=0.3时形成了四方相。由扫描电镜可知,陶瓷样品形成了铋层状结构与钙钛矿结构共存的固溶体。室温下BT-SBT陶瓷的介电常数在1kHz00kHz范围内具有频率稳定性,tan维持在6.0×10数量级以下。BT-SBT系列陶瓷具有弥散相变和频率色散特征,同时具有较大的弥散性指数(>1.6),具有典型弛豫型铁电体特征。随着BT含量的增加,陶瓷样品的居里温度T均为650℃,远高于BT(T=130℃)和SBT(T=335℃)的居里温度。当x=0.1mol时, =200,tan =0.00376,d=12 pC/N,表现出优异的综合性能。本文还采用了离子取代的方法对铋层状结构化合物进行改性研究。选用同主族的Ba取代CaBiTiO中A位的Ca),所形成的CaBaBiTiO体系为四层的铋层状结构,Ba取代减小了正交畸变程度,降低了陶瓷样品的居里温度,提高了陶瓷在室温下的介电和铁电性能,还选用同主族的K取代NaBiTiO中A位的Na,样品均形成单一相的铋层状结构,K含量的增加,增大了晶格畸变,提了结晶度。由于烧结过程中K容易挥发,造成反应物配比中(K,Bi)空位的增加,使居里温度不随K含量的变化,四个样品的居里温度均为660℃。样品的介电损耗峰值在低温处出现了弛豫峰,根据Arrhenius公式拟合可知,该弛豫过程是由于氧空位的热运动引起的。

关键词：铋层状结构压电陶瓷离子取代介电性能

铋层状结构Na0.5Bi2.5Nb2O9-Bi3TiNbO9高温压电陶瓷的制备与性能研究

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铋层状结构Na0.5Bi2.5Nb2O9-Bi3TiNbO9高温压电陶瓷的制备与性能...

作者：张鹏飞天津大学

学位级别：硕士

本文采用传统的固相反应法制备出NaBiNbO-BiTiNbO基铋层状结构高温压电陶瓷,主要研究了两相含量的变化以及复合离子的掺杂对共生结构陶瓷相组成、微观结构、压电、介电和铁电性等的影响。首先确定了制备共生结构陶瓷NaBiNbO-BiTiNbO的... 详细信息

本文采用传统的固相反应法制备出NaBiNbO-BiTiNbO基铋层状结构高温压电陶瓷,主要研究了两相含量的变化以及复合离子的掺杂对共生结构陶瓷相组成、微观结构、压电、介电和铁电性等的影响。首先确定了制备共生结构陶瓷NaBiNbO-BiTiNbO的最佳合成方式及合成温度,然后探究两相陶瓷含量的不同比例对陶瓷的影响。XRD、SEM测试表明,制备出的x NaBiNbO-(1-x)BiTiNbO是铋层状结构共生陶瓷,呈典型片状结构,当x=0.3时,0.3NaBiNbO-0.7BiTiNbO陶瓷具有高的居里温度且压电性能得到改善,此时陶瓷的性能为:d=11.8 p C/N,ε=124,tanδ=0.34%,k=6.1%,Q=2234,T=876°C,E=28.7 k V/cm,P=0.76μC/cm;当x=0.7时,0.7NaBiNbO-0.3BiTiNbO陶瓷具有良好的压电性能,但居里温度下降,此时陶瓷的压电性能为:d=19.3 p C/N,ε=124,tanδ=0.36%,k=6.5%,Q=1600,T=802°C,E=33.5 k V/cm,P=1.91μC/cm。此外,对0.3NaBiNbO-0.7BiTiNbO陶瓷进行(Li Ce)掺杂以及对0.7NaBiNbO-0.3BiTiNbO陶瓷进行(Li Y)掺杂。XRD、SEM结果表明,掺杂之后无明显杂相,并且(Li Ce)掺杂能够提高陶瓷的压电性能,(Li Y)掺杂能够升高陶瓷的居里温度。当x=0.04时,NaLiBiCeTiNbO陶瓷的最优性能为:d=20.7 p C/N,ε=140,tanδ=0.34%,T=861°C,E=62 k V/cm,P=3.4μC/cm。当x=0.02时,NaLiBiYTiNbO陶瓷的最优性能为:d=20.8 p C/N,ε=149,tanδ=0.49%,T=808°C,E=54 k V/cm,P=8.1μC/cm。并且在800°C下退火2 h后陶瓷压电常数d仍然保持17 p C/N以上,说明在高温下具有良好的应用前景。

关键词：压电陶瓷高温铋层状结构居里温度掺杂

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铋层状结构材料的制备及性能研究

铋层状结构材料的制备及性能研究

作者：杨颂瑞贵州大学

学位级别：硕士

多铁性材料中同时具有铁电、铁磁、铁弹等两种或两种以上铁有序性,并且多种序参量之间的相互耦合作用而产生新的效应。这类功能材料在探测器、传感器、信息存储器、电子信息功能器件以及磁电双重调节的微波器件等众多领域中有着巨大的... 详细信息

多铁性材料中同时具有铁电、铁磁、铁弹等两种或两种以上铁有序性,并且多种序参量之间的相互耦合作用而产生新的效应。这类功能材料在探测器、传感器、信息存储器、电子信息功能器件以及磁电双重调节的微波器件等众多领域中有着巨大的应用前景。多铁性磁电材料不仅同时具有铁电性和铁磁性,而且还具有(逆)磁电耦合效应,能实现通过磁场(电场)对电学(磁学)性能进行调控。与块体磁电材料相比,随着器件小型化和多功能的发展趋势,使得磁电薄膜成为研究的热点。本文通过在三层Aurivilius相结构BiTiO中插入多铁性Bi Fe O基团,同时在A位掺杂稀土离子Nd、B位掺杂磁性离子Co,构建4层铋层状Aurivilius结构的BiNd TiFeCoO(BNTFC)单相磁电材料,通过脉冲激光沉积(PLD)法制备成单相磁电薄膜,并将其与单相铁电薄膜和单相铁磁薄膜进行复合,形成2-2型异质结构磁电复合薄膜。具体的研究内容如下:(1)本文采用传统的高温固相反应法分别制备了BNTFC、Ba Ti O(BTO)、LaSrMn O(LSMO)陶瓷靶材。通过X射线衍射仪(XRD)对陶瓷靶材的物相结构进行分析,发现所有靶材的衍射峰与标准卡片能够很好的对应。(2)采用PLD法在(111)Pt/Ti/SiO/Si(100)衬底上制备BNTFC单相薄膜,在不同的沉积温度、沉积气压、溅射频率下生长薄膜,通过对薄膜的物相结构、微观形貌和铁电性能的测试和分析,得出制备单相薄膜的最佳工艺。(3)在制备出BTO、LSMO单相薄膜的基础上,制备了2-2型叠层结构的BTO/BNTFC、LSMO/BNTFC复合薄膜,对它们的物相结构、微观形貌、压电性能、铁电性能、漏电流特性、铁磁性能、磁电耦合性能进行表征,在LSMO/BNTFC复合薄膜中测得磁电耦合现象,其磁电耦合系数α为4.30m V/cm·Oe。

关键词：多铁性铋层状结构脉冲激光沉积法薄膜磁电耦合

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铋层状结构高温压电陶瓷的制备及性能研究

铋层状结构高温压电陶瓷的制备及性能研究

作者：姜东伟中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)

学位级别：硕士

铋层状结构(Bismuth Layer Structured Ferroelectrics,BLSFs)压电陶瓷具有高居里温度(T>400℃)、优异的抗疲劳性能以及高温度稳定性等特点,是高温压电振动传感器中核心元件压电陶瓷的首选方案,在航空航天、核能发电等领域具有重要的应... 详细信息

铋层状结构(Bismuth Layer Structured Ferroelectrics,BLSFs)压电陶瓷具有高居里温度(T>400℃)、优异的抗疲劳性能以及高温度稳定性等特点,是高温压电振动传感器中核心元件压电陶瓷的首选方案,在航空航天、核能发电等领域具有重要的应用前景。其中,钛酸铋(BiTiO,BIT)是典型的BLSFs型压电陶瓷材料,其居里温度T高达675℃,且具有良好的耐疲劳性能,是高温下压电应用的重要的候选材料之一。但是,BIT压电陶瓷存在一些不足,例如压电系数d(结构,晶胞参数c/a达到了6左右,很容易形成明显的片状晶粒,因而存在有各向异性的特征。目前认为,BIT的自发极化方向主要位于a-b面方向。而目前常规的固相制备得到的BIT压电陶瓷,其晶粒取向是随机排列的,无法获得较优的性能。本论文针对上述的问题,从制备工艺和组成设计两方面,系统研究了片状晶粒对陶瓷取向的重要影响、以及施主离子掺杂对陶瓷电学性能的影响,并对B位离子掺杂占位机制进行了深入研究。其主要研究进展如下:(1)采用熔盐法在不同温度合成条件下,获得了具有明显片状晶粒形貌的粉体,阐明了片状晶粒在熔盐环境下的生长过程;进一步地,通过熔盐法制备粉体结合无压烧结的新织构工艺,制备得到了取向度f高达0.83的择优取向的陶瓷样品。系统揭示了熔盐法结合无压烧结获得高取向度的来源:首先是成型过程中的单轴压力是晶粒择优取向的首要驱动力;其次是无压烧结中,高温环境下晶粒的生长是进一步提高取向度的重要因素。结合这一理论得到,在熔盐法制备粉体的基础上,通过调控成型压力即可获得不同取向度的BIT压电陶瓷材料。(2)利用上述的熔盐法结合无压烧结的新织构工艺,制备得到了具有高取向度高电学性能的W-BIT压电陶瓷。其中的BiTiWO陶瓷,取向度f达到了0.83,其垂直方向上的压电系数d达到了30p C/N,是其平行方向的3倍,也是纯BIT压电陶瓷的4倍;该陶瓷在电学性能方面具有明显的各向异性。(3)通过固相法制得了W-BIT系列陶瓷样品,研究了W-BIT中W离子掺杂的占位机制及压电活性增强机制。W离子取代Ti离子能够有效减少氧空位,提高电阻,同时其压电性能有了明显的提升。其中,BiTiWO的居里温度在650℃以上,且压电系数d达到了28 p C/N。探究BIT的晶体结构发现,该结构中存在两种不同占位的Ti原子,标为Ti和Ti,认为通过W离子取代Ti引起氧八面体的倾斜,是压电活性增强的主要原因。

关键词：钛酸铋铋层状结构熔盐法晶粒取向掺杂占位机制

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铋层状结构铁电材料组成设计与性能优化

铋层状结构铁电材料组成设计与性能优化

作者：李莹西安科技大学

学位级别：硕士

铋层状材料具有优良的铁电性能如抗疲劳特性、低的极化反转电压和快的反转时间,能很好达到铁电存储器的要求而成为FRAM最佳候选材料。同时,它具有较高的居里温度、机电耦合系数各向异性明显、低老化率、高电阻率、大的介电击穿强度等特... 详细信息

铋层状材料具有优良的铁电性能如抗疲劳特性、低的极化反转电压和快的反转时间,能很好达到铁电存储器的要求而成为FRAM最佳候选材料。同时,它具有较高的居里温度、机电耦合系数各向异性明显、低老化率、高电阻率、大的介电击穿强度等特点因而适合于高温、高频场合使用的压电材料。但单一铋层状材料具有影响实用化的缺点,因此系统分析ABiTiO(m=3、4、5、6)系列材料,相应介电和铁电性能随结构变化的关系,对制备高性能且实用性的铁电材料具有重大意义。由于铋层状结构材料压电活性较低,本文通过离子取代措施提高其性能,这对铋层状结构材料在压电元器件的应用有很好的指导作用。采用固相反应法制备二层铋层状Pb1-xSrxBi2Nb2O9(0≤x≤0.2)和Pb0.8Ba0.2Bi2Nb2O9陶瓷。随Sr2+取代量的增加,晶粒尺寸得到细化,烧结温度降低80℃。对Pb0.8Ba0.2Bi2Nb2O9弛豫铁电体采用频率弥散度?Tm、表征10kHzMHz范围内弛豫行为程度的?Trelax和Curie-Weiss拟和得到的弛豫因子γ三个经验参数验证PBN-Ba0.2弛豫铁电体的本质。认为弛豫现象的出现可能是由于Ba2+引入后造成A位离子与Bi2O2层中的Bi3+在微区范围内成分不均匀,离子分布无序。PBN-Ba0.2陶瓷d33值达11pC/N。饱和电滞回线表明PBN-Ba0.2明显提高PBN的铁电性能,剩余极化强度2Pr值达到21μC/cm2。首次制备Bax(NaBi)1-xBi4Ti4O15(0.04≤x≤0.1)固溶体系,属于正常铁电体。扫描照片显示样品晶粒结合致密,没有气孔等缺陷存在。Ba2+引入可拓宽固溶体系的居里温度。固溶体系在1kHz00kHz范围内具有介电常数、介电损耗频率稳定性。Ba2+取代量的增加提高样品室温d33值,可达14pC/N。研究不同类钙钛矿层数ABiTiO(A=Ca、Ba;m=3、4、5、6)材料,获得m=3、4、5的单相陶瓷。名义上的Ba3Bi4Ti6O21合成Ba2Bi4Ti5O18与BaTiO3两种组分。通过X射线衍射分析得知铋层状结构占到81.97%,为主晶相。A位加权离子半径过大是Ba3Bi4Ti6O21无法或难以被合成的原因。对BaBi4Ti4O15和Ba2Bi4Ti5O18出现的介电弥散现象采用随机场理论解释。当m值由3增至5,居里温度逐渐降低。剩余极化强度大小与m值奇偶性有关。Cam-3Bi4TimO3m+3(m=4、5、6)系列陶瓷被证明具有铁电性,介电常数温谱曲线在室温到650℃之间没有出现异常,因此它们的居里温度在650℃以上。

关键词：铋层状结构晶胞参数介电弛豫居里温度铁电性能