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钙钛矿型低铅压电陶瓷的制备与性能研究

李紫源 , 何子均 , 肖定全 , 吴文娟 , 朱建国

功能材料

采用传统陶瓷工艺制备了钙钛矿型低铅压电陶瓷xPbTi0.4716Zr0.4834(Mn1/3Sb2/3)0.0450O3-(1-x)(K0.485Na0.485Li0.03)NbO3[xPMS-(1-x)KNLN],研究了该陶瓷体系的结构和介电、压电与铁电性能以及这些结构和性能与工艺条件的关系。XRD分析表明,随着烧结温度的升高,陶瓷晶相由焦绿石相与赝立方钙钛矿相共存转变为单一的四方钙钛矿相;SEM分析表明,在烧结过程中产生了以(K0.485Na0.485Li0.03)NbO3组分为主的液相,并在烧结温度提高的过程中产生孔洞出现-孔洞消失的现象;电学测试表明,xPMS-(1-x)KNLN陶瓷具有良好的性能,在x=0.75、烧结温度为1250℃时,陶瓷的性能参数为压电常数d33=182pC/N,机电耦合系数kp=34.5%,居里温度TC=165℃,剩余极化强度Pr=21.2μC/cm2,矫顽场强Ec=1.47kV/mm,介电常数εr=1879,介电损耗tanδ=0.92%。

关键词: 压电陶瓷 , 微观结构 , 表面形貌 , 压电性能 , 铁电性能

多铁性xBi_(0.9)Dy_(0.1)FeO_3-(1-x)CoFe_2O_4复合粉体的制备与表征

叶龚兰 , 徐建梅 , 马壮

材料科学与工程学报

采用柠檬酸盐自燃烧法制备Bi0.9Dy0.1FeO3粉体,溶液法合成xBi0.9Dy0.1FeO3-(1-x)CoFe2O4复合粉体,得到了同时具有铁电性能和铁磁性能的铁酸铋基多铁性材料。研究了粉体的微观结构、铁电性能和铁磁性能。结果表明:当x从0.9减少到0.4,在最佳煅烧温度合成的Bi0.9Dy0.1FeO3-CoFe2O4复合粉体的磁极化强度和剩余极化强度都随着x先增大后减少。Bi0.9Dy0.1FeO3与CoFe2O4复合使铁电性能和铁磁性能均有所提高,当x=0.5时,在700℃的煅烧温度下,获得较好的铁电和铁磁性能,其中Vc=3 268.241Oe,Ms=37.05emμ/g。

关键词: 铁酸铋-钴铁氧体 , 复合粉体 , 铁磁性能 , 铁电性能 , 水溶液法

TiO2/BiFeO3薄膜中增强的磁性和铁电性能

杨淑敏 , 李海涛 , 韩伟 , 岂云开 , 顾建军

材料科学与工艺 doi:10.11951/j.issn.1005-0299.20150209

为改善铁酸铋( BiFeO3)薄膜的铁电性能,通过溶胶-凝胶和磁控溅射的方法在 Au/Pt/Cr/Si 基底上制备了TiO2/BiFeO3( TiO2/BFO)和BiFeO3薄膜。采用扫描探针显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、铁电测试仪和物理性能测量仪对薄膜进行了物性表征。实验结果表明:TiO2阻挡层抑制了BFO薄膜表面缺陷的形成,提高了复合薄膜的绝缘性能,使TiO2/BFO薄膜中泄漏电流明显降低,且导电机制由欧姆型向空间电荷限制传导型转变。此外,溅射TiO2阻挡层破坏了BFO表面的螺旋结构,使TiO2和BFO之间晶格失配而产生界面应力,提高了薄膜的磁电性能。在顶电极和铁电层之间引入阻挡层是提高BFO薄膜磁电性能的一种有效方法。

关键词: 多铁材料 , 溶胶-凝胶 , 磁控溅射 , 铁电特性 , 磁特性

Sol-gel法制备多铁性Bi_(0.85)Eu_(0.15)FeO_3薄膜及其性能

付承菊 , 黄志雄 , 李杰 , 郭冬云

材料导报

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上制备了Bi_(0.85)Eu_(0.15)FeO_3薄膜.研究了退火温度对其晶相形成的影响,发现在较低温度退火(450℃)时,Bi_(0.85)Eu_(0.15)FeO_3晶相开始形成,但存在杂相,而且结晶度较差;在490600℃可以获得结晶较好的单相Bi_(0.85)Eu_(0.15)FeO_3薄膜.同时对经550℃退火的薄膜的介电、铁电和铁磁性能进行了研究,结果表明,Bi_(0.85)Eu_(0.15)FeO_3薄膜具有较好的介电及铁磁性能.当测试频率为1MHz时,薄膜的介电常数和介电损耗分别为80、0.024,饱和磁化强度约为26.2emu/cm~3.

关键词: Sol-gel法 , Bi0.85Eu0.15FeO3 , 薄膜 , 介电性能 , 铁电性能 , 铁磁性能

(0.96Bi_0.5Na_0.5TiO_3-0.04BaTiO_3)-(0.98K_0.5Na_0.5NbO_3-0.02LiTaO_3)无铅压电陶瓷的结构分析与性能研究

戴叶婧 , 张孝文

稀有金属材料与工程

研究了(1-x)(0.96Bi_0.5Na_0.5TiO_3-0.04BaTiO_3)-x(0.98K_0.5Na_0.5NbO_3-0.02LiTaO_3)(BNTBT-KNNLT)体系在0≤x≤0.07这一组分区域的结构和性能.X射线衍射谱发现,这一系列组分在室温下形成纯钙钛矿型固溶体,没有其他杂相产生.(111)峰的峰位和峰形随组分的变化有规律的变化.随着KNNLT组分的加入,压电及介电等性能有比较明显的改变.压电性能随KNNLT的加入出现最大值.当x=0.02时,压电常数d_(33)=125 pC/N.介电常数在室温下随组分的增加而增加.电滞回线的结果显示,尽管在BNTBT中掺杂了KNNLT,这一系列的压电陶瓷仍然具有较大的矫顽场.当x=0.02时,室温下介电常数和剩余极化强度分别为:ε_r=1455,P_r=32.3 μC/cm~2.实验结果表明适量的KNNLT掺杂进BNTBT中可以改善BNTBT的压电和介电性能.

关键词: 无铅压电陶瓷 , 压电性能 , 介电性能 , 铁电性能

Nd掺杂对磁控溅射Bi4-xNdxTi3O12铁电薄膜结构和性能的影响

陈彬 , 燕红

人工晶体学报

采用磁控溅射工艺在p-Si衬底上制备了Bi4-xNdxTi3O12铁电薄膜,研究了Nd掺杂对Bi4-xNdxTi3O12薄膜微观结构、介电和铁电性能的影响.结果表明,Nd掺杂并未改变薄膜的晶格对称性,仍然保持Bi层状钙钛矿结构,但能在一定程度上抑制晶粒的生长,使薄膜的晶粒更加细小、均匀,同时能明显改善薄膜的介电、铁电性能.Nd掺杂量x=0.30 ~0.40时,Bi4-xNdxTi3O12薄膜的综合性能较好,其介电常数εr>250,介电损耗tanδ <0.1,剩余极化Pr=20.6 μC/cm2,Ec< 150 kV/cm.Ag/Bi4-xNdxTi3O12/p-Si异质结顺时针回滞的C-V曲线表明该异质结可实现极化存储,其记忆窗口达1.6V.但掺杂量不宜过多,当Nd掺杂量达到0.45以后,薄膜的介电、铁电性能反而有所下降.

关键词: 铁电薄膜 , Bi4-xNdxTi3O12 , 介电性能 , 铁电性能

Pr和Nb共掺杂Bi_4Ti_3O_(12)陶瓷材料电行为特性研究

崔彩娥 , 陆志娟 , 黄平

人工晶体学报

采用高温固相法制备了Pr和Nb共掺杂Bi_4Ti_3O_(12)铁电陶瓷.利用XRD分析表征了样品物相结构,利用阻抗分析仪和铁电性能测量仪测试了样品的电性能,并通过对样品电导率与温度的关系进行Arrhenius拟合分析了材料的导电机理.结果表明:Pr和Nb已经完全固溶进入Bi_4Ti_3O_(12)晶格中,制备的样品均为单一的层状钙钛矿结构.Nb的引入使样品的介电常数变大,介电损耗明显降低,但居里温度变化不大.在Nb掺杂量较小(x≤0.09)时,材料的剩余极化值随着Nb掺杂量增加而增大,当x=0.09时2P_r达到极大值为26 μC/cm~2,矫顽场为50.3 kV/cm.这主要是由于高价态的Nb~(5+)取代B位Ti~4+能有效的抑制氧空位的产生.

关键词: Bi_(2.9)Pr_(0.9)Ti_(3-x)Nb_xO_(12+x/2) , 共掺杂 , 电导率 , 铁电性能

PZT 掺杂改性研究进展及其机理探究

刘喆 , 邢志国 , 王海斗 , 徐滨士 , 金国

功能材料 doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2015.04.002

PZT 作为典型的钙钛矿结构,该结构为掺杂改性提供了较大的自由度。介绍了 PZT 压电材料掺杂改性的研究现状,简明扼要的分析了等价掺杂、高价掺杂、低价掺杂以及复合掺杂对压电材料各项性能的影响。并从掺杂离子对晶体结构和电畴结构影响两方面探讨了 PZT 掺杂改性的机理,进而为复合掺杂改性提供理论基础。

关键词: 锆钛酸铅 , 掺杂改性机理 , 研究进展 , 压电性能 , 铁电性能

铁酸镧掺杂对铌酸钾钠基陶瓷介电和铁电性能的影响

程花蕾 , 杜红亮 , 周万城 , 罗发 , 朱冬梅

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2012.12325

用传统固相反应法制备了(K0.5Na0.5)NbO3(KNN)和0.98(K0.5Na0.5)NbO3-0.02LaFeO3(0.98KNN-0.02LF)无铅陶瓷,并对其介电、铁电性质以及相结构进行了研究.KNN陶瓷是正交相,0.98KNN-0.02LF陶瓷是伪立方相结构.介电研究表明:0.98KNN-0.02LF陶瓷的介温曲线与KNN陶瓷相比较出现两点异常:(i)正交相-四方相相变温度(To-T)和四方相-立方相相变温度(TT-c)均降低;(ii)最高介电常数温度Tm附近的相变温度宽化.并且,0.98KNN-0.02LF陶瓷在0~400℃内显示了相对比较平坦的介电常数,介电常数达到2000,介电损耗低于4%.电滞回线变“窄”进一步证明了0.98KNN-0.02LF陶瓷的弛豫性.

关键词: 铌酸钾钠 , 介电性能 , 铁电性能 , 弛豫性质 , 无铅陶瓷

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