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Structural and electrical properties of Nd ion modified lead zirconate titanate nanopowders and ceramics

Chinese Physics B 2009年第6期18卷 2596-2602页

作者：王大伟张德庆袁杰赵全亮刘红梅王之英曹茂盛 School of Material Science and Engineering Beijing Institute of Technology College of Chemical Engineering Qiqihar University School of Information Engineering Central University for Nationality

A modified sol-gel method is used for synthesizing Nd ion doped lead zirconate titanate nanopowders Pb1-3x/2^NdxZr0.52Ti0.48O3 （pnzt） in an ethylene glycol system with zirconium nitrate as zirconium source. The results show that it is critical to add lead acetate after the reaction of zirconium nitrate with tetrabutyl titanate in the ethylene glycol system for preparing pnzt with an exact fraction of titanium content. It has been observed that the dopant of excess Nd ions can effectively improve the sintered densification and activity of the pnzt ceramics. Piezoelectric, dielectric and ferroelectric properties of the pnzt ceramics are remarkably enhanced as compared with those of monolithic lead zirconate titanate （PZT）. Especially, the supreme values of piezoelectric constant （d33） and dielectric constant （ε） for the pnzt are both about two times that of the monolithic PZT and moreover, the remnant polarization （Pr） also increases by 30%. According to the analysis of the structures and properties, we attribute the improvement in electrical properties to the lead vacancies caused by the doping of Nd ions.

关键词： pnzt ferroelectric properties piezoelectric properties sol-gel method

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Enhanced piezoelectric properties of Nd^(3+) doped nano-lead zirconate titanate piezoelectric ceramics

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Journal of Harbin Institute of Technology(New Series) 2008年第5期15卷 669-673页

作者：刘红梅张德庆王大伟赵全亮袁杰曹茂盛 School of Materials Science and Chemistry Harbin Engineering University Key lab of integrate circuit Heilongjiang University College of Chemical Engineering Qiqihar University Scohool of Material Science and Engineering Beijing Institute of Technology

Nd3+ doped lead zirconate titanate (Pb1-3x/2NdxZr0.52Ti0.48O3, pnzt) nanopowders were prepared through a modified sol-gel method. The effects of Nd3+ doping on the microstructures and properties of pnzt ceramics have been studies. The grain sizes of the perovskite pnzt nanopowders were about 100nm and the lattice distortion of the pnzt increased with the content of Nd3+ up to 9 mol%. The dopant of Nd3+ resulted in the decrease of crystal lattice parameter a and the obvious increase of c and c/a, which effectively improved the sintered densification and activity of the pnzt ceramics. Due to lead vacancies caused by the doping of Nd3+ in the PZT, the piezoelectric constant, electromechanical coupling coefficient and dielectric constant observed were much higher than the monolithic PZT.

关键词： pnzt PZT sol-gel piezoelectric properties

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基于铁电陶瓷泡沫复合材料的振动传感器研究

基于铁电陶瓷泡沫复合材料的振动传感器研究

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作者：盛天宇北方工业大学

学位级别：硕士

随着新技术革命的到来,世界开始进入信息智能化时代,物联网、人工智能、5G等新一代信息技术迎来前所未有的大发展。传感器作为新一代信息技术的感知基础和数据来源,对于当今信息时代有着至关重要的作用。加速度振动传感器作为常见的传... 详细信息

随着新技术革命的到来,世界开始进入信息智能化时代,物联网、人工智能、5G等新一代信息技术迎来前所未有的大发展。传感器作为新一代信息技术的感知基础和数据来源,对于当今信息时代有着至关重要的作用。加速度振动传感器作为常见的传感器之一,是用于检测机械振动状况的传感器。加速度振动传感器主要分为三种,压电式、电容式和压阻式。其中压电式加速度振动传感器灵敏度高,结构简单,综合性能最好,但当前压电式加速度传感器中的压电材料主要为压电陶瓷和薄膜,弹性系数较大,既硬又脆,难以产生变形,影响传感器的灵敏度。开发分散在聚合物基体中的铁电陶瓷纳米结构的陶瓷聚合物复合材料是一种合理且高效的方法。由于其独特的结合方式和质量比或体积比的不同,铁电聚合物复合材料具有特有的优异性能,它既有无机铁电材料的高压电性能,还具有聚合物材料的机械柔韧性和易加工性的优点,使其在加速度振动传感器领域有极大的应用前景。本课题制备了一种掺杂铌的锆钛酸铅基(pnzt)铁电陶瓷泡沫,并基于pnzt铁电陶瓷泡沫,设计了一种压电式加速度振动传感器,研究了它的工作原理,分析了它的传感理论,并在制备pnzt铁电陶瓷泡沫及其聚合物的基础上,实现了pnzt铁电陶瓷泡沫加速度振动传感器的制作,最后对它的传感性能进行测试。首先,首先设计了pnzt铁电陶瓷泡沫的加速度振动传感器的结构,它的结构包含四个部分,分别是三维互连的pnzt铁电陶瓷泡沫、玻璃板衬底、银浆下电极以及铝箔上电极。然后对加速度振动传感器的工作原理进行分析,为下一步理论研究提供基础。最后建立了加速度振动传感器的理论模型,并分别对不同方式激励下加速度传感器理论进行分析。然后,采用溶胶-凝胶法制备了pnzt铁电陶瓷泡沫,并对其微结构进行表征。通过X射线衍射(XRD)图谱探讨了pnzt铁电陶瓷泡沫的退火温度,结果表明退火温度为800?C的pnzt铁电陶瓷泡沫结晶最好,几乎没有杂峰,最终选择800?C作为退火温度。通过扫描电子显微镜(SEM)照片可以看出,pnzt铁电陶瓷泡沫由相互连接的均匀的孔洞结构组成,平均孔径约为100μm,pnzt铁电陶瓷泡沫骨架厚度约为20μm。在制备好的pnzt铁电陶瓷泡沫基础上,制备了两种pnzt铁电陶瓷泡沫聚合物材料,分别为聚二甲基硅氧烷(PDMS)-pnzt铁电陶瓷泡沫聚合物材料与聚偏氟乙烯(PVDF)-pnzt铁电陶瓷泡沫聚合物材料,并对它们的微结构进行表征。将pnzt铁电陶瓷泡沫放置在做好的模具中,然后分别滴加PDMS与PVDF溶液,使聚合物溶液与pnzt铁电陶瓷泡沫充分混合,最后加热固化得到了两种柔性的pnzt铁电陶瓷泡沫聚合物材料。通过它们的SEM照片可以看出,pnzt铁电陶瓷泡沫的孔洞中填满了聚合物溶液,pnzt铁电陶瓷泡沫与聚合物均匀地复合在一起。最后,选用玻璃板作为衬底,银浆与铝箔分别为上下电极,压电陶瓷泡沫及其聚合物材料为转换元件,完成了pnzt铁电陶瓷泡沫加速度振动传感器的制作,并对它的传感性能进行测试。测试结果表明,在频率为80Hz的正弦信号激励下,随着激励加速度值增大,输出电压也增大。当激励加速度为4.26g时,输出电压幅值约为7.34?10V,输出电压对应的正弦波形与输入信号的波形周期相同,具有很好的响应关系。同时,pnzt铁电陶瓷泡沫线加速度传感器受到的激励加速度与输出电压具有良好的线性关系,而且线性度较高,灵敏度可达0.4m V/g。

关键词： pnzt 铁电陶瓷泡沫加速度振动传感器

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