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锆钛酸钡钙压电陶瓷的晶粒尺寸效应研究进展

人工晶体学报 2018年第12期47卷 2582-2587页

作者：张钱伟蔡苇何海峰王凤起徐瑞成重庆科技学院冶金与材料工程学院重庆401331 纳微复合材料与器件重庆市重点实验室重庆401331

锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷具有可与锆钛酸铅媲美的压电性能,受到国内外广泛关注。晶粒尺寸是影响锆钛酸钡钙陶瓷电性能的重要因素,其晶粒尺寸效应已成为研究的热点。为此,综述了粉体制备方法、烧结方法、烧结温度和保温时间对锆钛酸钡钙... 详细信息

锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷具有可与锆钛酸铅媲美的压电性能,受到国内外广泛关注。晶粒尺寸是影响锆钛酸钡钙陶瓷电性能的重要因素,其晶粒尺寸效应已成为研究的热点。为此,综述了粉体制备方法、烧结方法、烧结温度和保温时间对锆钛酸钡钙陶瓷的晶粒尺寸及其电性能的影响,并提出了研究中亟待解决的问题。

关键词：锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷晶粒尺寸

静电纺丝法制备锆钛酸钡钙纳米线及其压电性能

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中国有色金属学报 2021年第8期31卷 2029-2038页

作者：周学凡王露刘媛王登攀李军薛国梁罗行张斗中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083 中电科技集团重庆声光电有限公司重庆401332

采用静电纺丝法制备无铅压电陶瓷0.5Ba(Zr_(0.2)Ti_(0.8))O_(3)-0.5(Ba_(0.7)_Ca_(0.3))TiO_(3)(BCZT)纳米线,重点研究制备工艺优化和纳米线的压电性能。首先探索稳定性优异的BCZT溶胶配置方法,再利用静电纺丝法制备BCZT纳米线,研究静... 详细信息

采用静电纺丝法制备无铅压电陶瓷0.5Ba(Zr_(0.2)Ti_(0.8))O_(3)-0.5(Ba_(0.7)_Ca_(0.3))TiO_(3)(BCZT)纳米线,重点研究制备工艺优化和纳米线的压电性能。首先探索稳定性优异的BCZT溶胶配置方法,再利用静电纺丝法制备BCZT纳米线,研究静电纺丝参数和热处理条件对BCZT纳米线形貌和结晶性的影响。结果表明:最佳的静电纺丝工艺参数为环境温度40℃、环境湿度50%RH、施加电压15 kV、供液速度1.00 mL/h、滚筒收集转速800 r/min、接收距离15 cm。经过(120℃,12 h)的烘干处理以及(900℃,1 h)的退火处理,可以获得纯钙钛矿相、结晶性好、长径比大的BCZT纳米线。利用压电力显微镜分析该纳米线的压电响应,证实其具有多畴结构和明显的极化反转行为。

关键词：锆钛酸钡钙纳米线静电纺丝压电响应

Er3+掺杂无铅铁电陶瓷的电学和光致发光性能

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硅酸盐学报 2024年第5期52卷 1656-1663页

作者：张怡笑王小丽杨健关朋飞郑明中国矿业大学材料与物理学院

无铅多功能铁电陶瓷在各类信息的检测、转换、存储及处理中具有广泛的应用，且稀土元素由于其特殊的电子结构和稳定的发光特性，有望赋予铁电陶瓷新的发光性能并改善其电学性能，为设计新型光电器件提供了可能。采用传统的高温固相反应... 详细信息

无铅多功能铁电陶瓷在各类信息的检测、转换、存储及处理中具有广泛的应用，且稀土元素由于其特殊的电子结构和稳定的发光特性，有望赋予铁电陶瓷新的发光性能并改善其电学性能，为设计新型光电器件提供了可能。采用传统的高温固相反应法制备稀土Er3+掺杂Ba0.85Ca0.15Ti0.90Zr0.10O3（BCTZ）无铅多功能铁电陶瓷，系统研究Er3+掺杂浓度对BCTZ铁电陶瓷微观结构、电学性能及光致发光的影响及内在联系。研究表明，陶瓷平均晶粒尺寸随Er3+掺杂浓度的增加单调减小，由7.59μm减小至3.82μm，减小约49.67%；陶瓷可释放的能量密度(Wrec)和储能效率（η）可分别提高约29.81%和122.79%。Er3+掺杂BCTZ陶瓷表现出强烈的绿光发射（548 nm）且发光强度相对可调性可达173.09%。Er3+掺杂BCTZ陶瓷优异、特殊的电光性能，在电介质储能电容器和光学器件等领域具有潜在应用前景。

关键词：稀土掺杂锆钛酸钡钙铁电储能光致发光

锆钛酸钡钙(BCZT)基无铅压电陶瓷的研究现状

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陶瓷学报 2016年第3期37卷 230-235页

作者：杨琳邓红陈云婧江门职业技术学院广东江门529000 景德镇陶瓷大学江西景德镇333403

针对近年来BCZT陶瓷的研究现状进行简要介绍,论述了国内外研究者对BCZT的组分(Ba/Ca比、Zr/Ti比)、掺杂离子、烧结方法对显微结构和材料性能影响规律的研究现状,同时给出了制备优异BCZT压电陶瓷的建议。

关键词：锆钛酸钡钙 BCZT 压电陶瓷

锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷的制备与电学性能的研究

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锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷的制备与电学性能的研究

作者：余思源华中科技大学

学位级别：硕士

压电陶瓷是一种能将电能和机械能相互转换的功能陶瓷材料,已被广泛应用于声表面波器件、超声换能器、声传感器等方面。自1954年以来,锆钛酸铅压电陶瓷是最普遍被利用的压电材料之一。但是,这类陶瓷材料含有超过60wt%的铅氧化物,在应用... 详细信息

压电陶瓷是一种能将电能和机械能相互转换的功能陶瓷材料,已被广泛应用于声表面波器件、超声换能器、声传感器等方面。自1954年以来,锆钛酸铅压电陶瓷是最普遍被利用的压电材料之一。但是,这类陶瓷材料含有超过60wt%的铅氧化物,在应用和废弃过程中会对生态环境造成破坏。随着人们对环境保护的日益重视,寻找一种高性能的无铅压电陶瓷是目前研究的热门。(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3(BCZT)压电陶瓷是目前无铅压电陶瓷研究方向的热点之一,其压电性能可与含铅压电陶瓷媲美。但是其存在烧结温度高、居里温度点低等缺点,期望通过工艺改进、掺杂改性和复合改性等来提高其性能。本论文以BCZT无铅压电陶瓷作为研究对象,在陶瓷粉体熔盐法制备、掺杂改性、不同体系复合等几个方面做了相关研究,主要内容如下:1.分别采用固相法和熔盐法制备了BCZT无铅压电陶瓷,系统研究了熔盐法制备的工艺参数:如熔盐比例、预烧温度和烧结温度等。实验表明,熔盐法合成BCZT粉体可降低预烧温度450℃和烧结温度150℃并提高粉体活性。2.采用传统固相法制备了BCZT-x mol%Gd2O3陶瓷,系统研究了两性稀土氧化物Gd2O3含量对BCZT陶瓷物相结构、微观面貌、介电性能、弥散相变、铁电性能和压电性能的影响。结果表明,x=0.2时两性稀土钆离子掺杂的BCZT陶瓷压电性能提高了80pC/N左右。3.研究了BCZT与0.852(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.12(Bi0.5K0.5)TiO3-0.028 BaTiO3(BKNT-BT)无铅压电陶瓷复合,系统分析了复合剂含量对BCZT陶瓷物相结构、微观面貌、介电性能、弥散相变、铁电性能和压电性能的影响。研究表明,1wt%的BKNT-BT复合可提高BCZT压电陶瓷的压电性能110pC/N左右。

关键词：锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷熔盐法掺杂压电性

锆钛酸钡钙压电陶瓷的微观结构调制及其在功能器件上的应用研究

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锆钛酸钡钙压电陶瓷的微观结构调制及其在功能器件上的应用研究

作者：许一文广东工业大学

学位级别：硕士

传统固相烧结法是陶瓷材料制备粉体常用的方法,该方法的工艺流程是需要对陶瓷粉末分别进行两次球磨工艺。本文以锆钛酸钡钙压电陶瓷作为研究对象,在陶瓷粉体进行二次球磨工艺前加入1 wt.%的改性添加物,经过长时间的二次球磨改性,研究了... 详细信息

传统固相烧结法是陶瓷材料制备粉体常用的方法,该方法的工艺流程是需要对陶瓷粉末分别进行两次球磨工艺。本文以锆钛酸钡钙压电陶瓷作为研究对象,在陶瓷粉体进行二次球磨工艺前加入1 wt.%的改性添加物,经过长时间的二次球磨改性,研究了其不同改性添加物对陶瓷粉体的改性效果,主要以陶瓷粉体的粉径尺寸及分布,和陶瓷粉末表面对改性添加物的负载率来表征;研究了不同改性粉末的烧结行为,以及最终的陶瓷块体的介电、铁电及压电性能。冷冻取向法是对溶液或悬浮液中溶质和不溶物质取向排列的常用手段,本文利用冷冻取向法,将Tris-HCl改性陶瓷粉末制备成的陶瓷水悬浮浆料进行冷冻取向,研究了不同固体载荷量,陶瓷二维框架的结构特点;研究了陶瓷水悬浮浆料所使用的不同分散剂对陶瓷二维框架结构的影响;研究了不同聚合物填充液对陶瓷二维框架的填充情况;研究了热压成型后陶瓷复合材料的电性能、力性能以及热性能。主要研究结果如下:1.Tris-HCl的添加改性是预烧陶瓷粉末经长时间的二次球磨后具有100%的负载率,并且其平均粉径尺寸为82 nm,其他改性粉末平均粒径分别为0.132μm(SDS)、0.223μm(CTAB)、0.246μm(PEG),它们所对应的改性添加物在陶瓷粉末上的负载率分别为98%、90%、81%。2.SDS改性添加陶瓷粉末在1250-1300℃,2-6 h的烧结条件下,最终烧结成的0.6 BCZT陶瓷E随烧结温度(保温时长)的增大而减小,P和P随烧结温度(保温时长)的增大而增大。CTAB、PEG、Tris-HCl改性添加陶瓷粉末在同样的烧结条件下,部分样品在高烧结条件下获得的样品铁电性能却更差。3.陶瓷水悬浮浆料分散剂为CE64与Tris-HCl,固体载荷量为30 vol.%时,制得的陶瓷二维框架结构在铜板的冷冻方向上具有明显的片层状结构,且Tris-HCl的分散效果较CE64的好。4.室温下,陶瓷复合材料相对介电常数最大可达446(15-C),50 k V/cm外电场下,剩余极化强度最大为4.78μC/cm(15-C);随着陶瓷复合材料中的PEI填充率增大,样品所能达到的最大应变值也增大;但随着陶瓷复合材料中的PEI填充率越大,样品所能承受的最大应力值却减小了。陶瓷复合材料在热性能上存在各向异性,面内导热系数是面间导热系数的2.12±0.27倍。

关键词：锆钛酸钡钙二维框架烧结条件球磨改性冷冻取向

锆钛酸钡钙基弛豫铁电薄膜的制备及能量储存与电卡效应研究

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锆钛酸钡钙基弛豫铁电薄膜的制备及能量储存与电卡效应研究

作者：何上恺广西大学

学位级别：硕士

铁电薄膜较其块体陶瓷材料具有更优的电学性能,在电容器储能、固态电卡制冷以及位移驱动器等领域中有着广泛的应用。在本文中,以Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-(Ba0.7Ca0.3)TiO3体系的伪二元固溶体相图中的立方相、四方相和三方相三相共存成分点0.68... 详细信息

铁电薄膜较其块体陶瓷材料具有更优的电学性能,在电容器储能、固态电卡制冷以及位移驱动器等领域中有着广泛的应用。在本文中,以Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-(Ba0.7Ca0.3)TiO3体系的伪二元固溶体相图中的立方相、四方相和三方相三相共存成分点0.68BZT-0.32BCT(简写为纯BCZT)为基准,使用溶胶凝胶法制备了[(Ba0.904Ca0.096)0.9775+xLa0.015(Zr0.136Ti0.864)O3,x = 0.0075,0.075 and 0.15](简写为La-doped BCZT)介电弛豫薄膜电容器。系统研究了A位过量程度、底电极种类和顶电极大小对纯BCZT和La-doped BCZT薄膜的微观结构和储能性能的影响。此外,挑选出综合储能性能最为优异的La-doped BCZT(x=0.0075)薄膜(简写为BCLZT)与Pb0.8Ba0.2ZrO3薄膜(简写为PBZ)进行复合,制备了 BCLZT/PBZ多层薄膜,研究了底电极种类对BCLZT/PBZ多层薄膜的微观结构和电卡效应的影响。结果表明:(1)沉积在LaNiO3/Pt复合底电极上的La-doped BCZT(x = 0.0075)弛豫薄膜电容器具有大的储能密度值15.5 J/cm3,高的储能效率93.7%,同时具有良好的温度稳定性:储能密度在20℃～260℃范围内及储能效率在20℃～140℃范围内变化率都在5%以内。La-doped BCZT(x=0.0075)薄膜电容器优异的储能性能归功于三相共存点(Ba0.904Ca0.096)(Zr0.136Ti0.864)O3附近纳米团簇结构的多样性,和LaNiO3/Pt复合底电极的使用。顶电极面积与薄膜性能之间的关系表示,当沉积在LaNi03/Pt复合底电极的La-doped BCZT(x= 0.0075)薄膜的Pt顶电极面积高达约7.079 mm2时,薄膜的储能密度为0.7 J/cm3,效率高达约91.4%,并且其储能性能会随着顶电极质量的优化得到进一步提高。(2)沉积在Pt底电极和LaNi03/Pt复合底电极上BCLZT/PBZ多层薄膜均为纯的钙钛矿结构。LaNi03/Pt复合底电极的使用提高了BCLZT/PBZ多层薄膜的介电性能和电卡效应。当外加电场为756kV/cm时,沉积在Pt底电极和LaNi03/Pt复合底电极上BCLZT/PBZ多层薄膜在室温处的最大△T值分别为6.6K和20.4K。

关键词：锆钛酸钡钙锆酸铅钡复合薄膜溶胶凝胶能量储存电卡效应

锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷的制备及掺杂改性的研究

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锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷的制备及掺杂改性的研究

作者：殷佳江苏大学

学位级别：硕士

压电陶瓷因其压电特性在人类生产生活中占有极其重要的地位,BCZT无铅压电陶瓷由于其优秀的压电性能和对人类环境生态友好的特性,受到了越来越多的重视。但BCZT无铅压电陶瓷的烧结温度过高、居里温度太低等问题仍然没能得到很大的改进。... 详细信息

压电陶瓷因其压电特性在人类生产生活中占有极其重要的地位,BCZT无铅压电陶瓷由于其优秀的压电性能和对人类环境生态友好的特性,受到了越来越多的重视。但BCZT无铅压电陶瓷的烧结温度过高、居里温度太低等问题仍然没能得到很大的改进。本文采用传统固相法制备BCZT无铅压电陶瓷,分别研究了Nd2O3、Co2O3、Bi2O3、BiFe O3和Li2CO3掺杂对BCZT无铅压电陶瓷相结构、微观结构、电性能和居里温度的影响,具体内容如下:(1)掺入Nd2O3没有改变所制备(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3陶瓷的钙钛矿物相结构,BCZT基无铅压电陶瓷的晶粒尺寸先增大后减小,随着Nd2O3的增加,BCZT压电陶瓷的压电常数(d33)、平面机电耦合系数(Kp)、介电损耗(tanδ)和居里温度(Tc)分别先增大后减小,而密度(ρ)和介电常数(εr)先减小后增大。当Nd2O3的掺杂量为0.2 wt.%时,在1420℃烧结制得的(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3无铅压电陶瓷综合性能最佳:d33=228 pC/N,KP=38.9%,εr=2846,tanδ=0.018,Tc=101℃,ρ=4.805 g/cm3。(2)掺入Co2O3没有改变所制备(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3陶瓷的钙钛矿物相结构,BCZT基无铅压电陶瓷的晶粒尺寸有减小趋势,随着Co2O3的增加,BCZT压电陶瓷的压电常数(d33)、平面机电耦合系数(Kp)、介电常数(εr)和密度(ρ)分别先增大后减小,而介电损耗(tanδ)和居里温度(Tc)一直减小。当Co2O3的掺杂量为0.4 wt.%时,在1360℃烧结制得的(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3无铅压电陶瓷综合性能最佳:d33=334 pC/N,KP=40.8%,εr=3593,tanδ=0.021,Tc=66℃,ρ=5.540 g/cm3。(3)掺入Bi2O3没有改变所制备(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3陶瓷的钙钛矿物相结构,BCZT基无铅压电陶瓷的晶粒尺寸有减小趋势,随着Bi2O3的增加,BCZT压电陶瓷的压电常数(d33)、平面机电耦合系数(Kp)、介电常数(εr)和密度(ρ)分别先增大后减小,而介电损耗(tanδ)则一直增大,居里温度(Tc)一直减小。当Bi2O3的掺杂量x=0.002时,在1450℃烧结制得的(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3无铅压电陶瓷综合性能最佳:d33=266 pC/N,KP=38.4%,εr=3096,tanδ=0.018,Tc=100℃,ρ=5.028 g/cm3。(4)掺入BiFe O3没有改变所制备(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3陶瓷的钙钛矿物相结构,BCZT基无铅压电陶瓷的晶粒尺寸有减小趋势,随着BiFeO3的增加,BCZT密度(ρ)和介电常数(εr)分别先增大后减小,压电常数(d33)、平面机电耦合系数(Kp)和居里温度(Tc)分别一直减小,介电损耗(tanδ)则先减小后增大。当BiFe O3的掺杂量为0.3 mol%时,在1450℃烧结制得的(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3无铅压电陶瓷综合性能最佳:d33=307 pC/N,KP=30.8%,εr=2240,tanδ=0.029,Tc=100℃,ρ=4.892 g/cm3。(5)掺入Li2CO3没有改变所制备(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3陶瓷的钙钛矿物相结构,BCZT基无铅压电陶瓷的晶粒尺寸有增大趋势,随着Li2CO3的增加,BCZT压电陶瓷的压电常数(d33)、平面机电耦合系数(Kp)、介电常数(εr)和密度(ρ)分别先增大后减小,而介电损耗(tanδ)则先减小后增大,居里温度(Tc)一直减小。当Li2CO3的掺杂量为0.3 wt.%时,在1100℃烧结制得的(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3无铅压电陶瓷综合性能最佳:d33=134 pC/N,KP=35.1%,εr=1734,tanδ=0.028,Tc=87.4℃,ρ=5.480 g/cm3。

关键词：无铅压电陶瓷锆钛酸钡钙掺杂改性压电性能介电性能居里温度

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Er掺杂无铅铁电陶瓷的电学和光致发光性能

硅酸盐学报 2024年

作者：张怡笑王小丽杨健关朋飞郑明中国矿业大学材料与物理学院

无铅多功能铁电陶瓷在各类信息的检测、转换、存储及信息处理中具有广泛的应用，且稀土元素由于其特殊的电子结构和稳定的发光特性，有望赋予铁电陶瓷新的发光性能并改善其电学性能，为设计新型光电器件提供了可能。采用传统的高温固相... 详细信息

无铅多功能铁电陶瓷在各类信息的检测、转换、存储及信息处理中具有广泛的应用，且稀土元素由于其特殊的电子结构和稳定的发光特性，有望赋予铁电陶瓷新的发光性能并改善其电学性能，为设计新型光电器件提供了可能。采用传统的高温固相反应法制备稀土Er3+掺杂Ba0.85Ca0.15Ti0.90Zr0.10O3(BCTZ)无铅多功能铁电陶瓷，系统研究Er3+掺杂浓度对BCTZ铁电陶瓷微观结构、电学性能及光致发光的影响及内在联系。研究表明，陶瓷平均晶粒尺寸随Er3+掺杂浓度的增加单调减小，由7.59 μm减小至3.82 μm，减小约49.67%；陶瓷可释放的能量密度(Wrec)和储能效率(η)可分别提高约29.81%和122.79%。Er3+掺杂BCTZ陶瓷表现出强烈的绿光发射(548 nm)且发光强度相对可调性可达173%。Er3+掺杂BCTZ陶瓷优异、特殊的电光性能，在电介质储能电容器和光学器件等领域具有潜在应用前景。

关键词：稀土锆钛酸钡钙铁电储能光致发光