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作者：李威中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)

学位级别：硕士

铁电和反铁电材料在压电驱动器、应变驱动器和储能电容器等领域有着重要的应用。早期,以Pb(Zr,Ti)O、Pb(MgNb)O等铅基体系为主的铁电和反铁电材料由于性能优异而引起了广泛的关注。上世纪90年代,人们意识到铅元素具有毒性,于是,包括铌酸... 详细信息

铁电和反铁电材料在压电驱动器、应变驱动器和储能电容器等领域有着重要的应用。早期,以Pb(Zr,Ti)O、Pb(MgNb)O等铅基体系为主的铁电和反铁电材料由于性能优异而引起了广泛的关注。上世纪90年代,人们意识到铅元素具有毒性,于是,包括铌酸钠(NaNbO)在内的无铅材料成为新的研究重点。为了进一步推动无铅材料的发展,本文将围绕NaNbO陶瓷进行相关的研究与探索。文献调研发现,此前多个研究报导的NaNbO陶瓷的结构和性能存在较大的差异,鉴于功能材料在结构和性能上的可重复性十分重要,因而需要深入研究产生这些差异的原因。此外,由于NaNbO陶瓷反铁电P相的结构不稳定,因而利用其反铁电特性的发展受到限制。基于以上背景,本文将从NaNbO陶瓷实验原料和钙钛矿结构容忍因子的角度出发,研究NaNbO陶瓷的结构、电学性能及其二元复合改性等多方面的变化和规律。(一)采用两种晶体结构(正交单斜混合相和纯正交相)的氧化铌(NbO)原料制备NaNbO陶瓷,并对其进行结构和性能分析。结果表明,两种NbO原料合成的NaNbO粉体以及烧结制备的NaNbO陶瓷均含有铁电相和反铁电相,并且其相含量存在很大的差异。由正交单斜混合相NbO制备的样品记为NN-OM,由纯正交相NbO制备的样品记为NN-O。实验发现,烧结前后,NN-OM所含有的铁电相比NN-O多。此外,样品的形貌和介电、铁电等性能存在显著的差异。主要表现为:NN-OM陶瓷比NN-O的铁电性能更强、居里温度更高。这些实验结果说明NbO原料的晶体结构对NaNbO陶瓷的结构和性能存在影响。(二)将NaNbO与容忍因子较小的铌镁酸铋(Bi(MgNb)O)复合形成二元体系,研究其反铁电结构和性能的变化。结果表明,与Bi(MgNb)O复合后,NaNbO陶瓷从正交相转变为三方相,其晶粒尺寸先减小后增大、居里温度逐渐降低;并且,NaNbO陶瓷反铁电结构的畸变程度增强。在纯NaNbO陶瓷中观察到1/4(100)反铁电衍射斑点,而在复合3mol%Bi(MgNb)O的样品中观察到1/6(100)反铁电衍射斑点。此外,在此二元复合体系中观察到了双电滞回线。这些实验结果说明Bi(MgNb)O有效增强了NaNbO陶瓷的反铁电性能。(三)分别在N和O气氛下制备NaNbO-Na Ta O陶瓷,研究烧结气氛和Na Ta O复合对NaNbO陶瓷结构、介电性能和电导率的影响。结果表明,所有陶瓷样品均为正交反铁电相,晶粒尺寸差别较小。并且,N气氛下样品的介电常数大于O。此外,在纯NaNbO陶瓷中,N气氛下样品的电导率大于O;而与Na Ta O复合后,烧结气氛对NaNbO陶瓷电导率的影响减弱。综上所述,本文首先开展了不同晶体结构的NbO原料对NaNbO陶瓷结构和性能的研究,然后选用正交相NbO,研究了Bi(MgNb)O对NaNbO陶瓷的反铁电增强效应。最后,研究了烧结气氛(N,O)和Na Ta O复合对NaNbO陶瓷结构、介电性能和电导率的影响。结果表明,NaNbO陶瓷的结构和性能因为NbO原料晶体结构的不同而出现了显著的差异,并且Bi(MgNb)O能够有效增强NaNbO陶瓷的反铁电性能。本文不仅在今后NaNbO研究的NbO原料选择上具有参考意义,也获得了1/6反铁电超结构,丰富了NaNbO反铁电体系,有望进一步推动NaNbO的反铁电研究与探索。

关键词：铌酸钠氧化铌铌镁酸铋反铁电电导率

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锂离子掺杂量对BLMNS陶瓷的介电性能的影响

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稀有金属材料与工程 2013年第S1期42卷 57-59页

作者：黄新友花海堂高春华陈志刚江苏大学江苏镇江212013

采用传统固相法制备Bi2-xLix(Mg1/3Nb0.517Sn0.15)2O7(BLMNS)(x=0.025,0.05,0.075,0.1mol)陶瓷,利用X射线衍射、扫描电镜等测试分析方法系统研究锂离子掺杂对BLMNS陶瓷的介电性能和结构的影响。结果表明:在所掺杂锂离子的陶瓷中仍保持... 详细信息

采用传统固相法制备Bi2-xLix(Mg1/3Nb0.517Sn0.15)2O7(BLMNS)(x=0.025,0.05,0.075,0.1mol)陶瓷,利用X射线衍射、扫描电镜等测试分析方法系统研究锂离子掺杂对BLMNS陶瓷的介电性能和结构的影响。结果表明:在所掺杂锂离子的陶瓷中仍保持单一的单斜焦绿石相结构,无第二相出现。随着锂离子取代量的增加,陶瓷的晶粒尺寸变化不大,晶粒尺寸稍有增大,介电常数(εr)先减小后增大,介电损耗(tanδ)先减小后增大,陶瓷的密度一直减小。随着烧结温度增加,陶瓷的密度先增大后减小。烧结温度为980℃时,锂离子掺杂的BLMNS陶瓷的密度最大。在980℃烧结时锂离子取代量为0.05mol时BLMNS陶瓷的性能较好:εr=163(1MHz),tanδ=0.0001(1MHz),体积密度为7.55g/cm3。

关键词：陶瓷锂离子掺杂铌镁酸铋介电性能高频

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