Na0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3无铅压电织构陶瓷的模板籽晶定向生长和电学性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mm963258
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
面对铅污染环境的问题以及世界各国禁止使用含铅材料的法律法规,研制出能够替代PZT体系压电材料的高性能无铅材料已成为一项迫切、重要的课题。Na0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3(NBT)基压电材料具有良好的温度稳定性、可调控的压电性能、较大的剩余极化强度等优点,在未来有希望代替含铅压电材料。但目前NBT基压电陶瓷的电学性能与商用铅基压电陶瓷相比仍差距很大,陶瓷织构化是通过剪裁晶向有效提升陶瓷电学性能的工艺方法。本论文以0.94Na0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3-0.06BaTiO3(NBT-BT)为研究对象,研究了织构用片状模板的局部化学微晶转化制备历程,采用模板晶粒生长法合成出了晶粒沿[00l]方向生长、具有高织构度的织构陶瓷,并且对陶瓷样品的织构度对各项电学性能产生的影响进行了详细探究。具体如下:首先,本论文采用熔盐法制备Na0.5Bi4.5Ti4O15(NBIT)前驱体,通过调节熔盐/反应物比例、反应温度以及保温时间等参数对NBIT的相结构和微观形貌进行调控,研究反应参数对NBIT合成过程中的相结构形成和微晶各向异性形貌的影响。随后,采用局部化学微晶转化法制备NBT-BT模板籽晶,并运用XRD、SEM、能谱分析(EDS)等表征分析手段,详细地研究了自NBIT转化为NBT-BT模板的局部微晶转化历程,合成出了纯钙钛矿相的、粒径在10μm左右、径厚比满足织构要求的[00l]取向的NBT-BT片状微晶。利用压电力显微镜观测到NBT-BT微晶中存在迷宫畴与条纹畴两种形貌的电畴。此外,该NBT-BT微晶的P-V曲线存在180°的相转,并且其S-V曲线显示有压电响应。其次,采用传统固相法合成NBT-BT基体细晶,通过调整反应条件,制备出了纯钙钛矿相的、粒径200~300 nm范围内的细晶基体。基于合成的NBT-BT模板籽晶与基体细晶,使用模板晶粒生长法合成出了沿[00l]方向生长的NBT-BT织构陶瓷,并对陶瓷织构历程与定向生长过程进行研究。研究发现,反应条件可以极大地影响陶瓷样品最终的织构度,随着烧结温度与保温时间的增长,陶瓷织构度也会随之增长。在1225℃反应温度下,保温20 h,获得了取向度F001达到80.3%的NBT-BT织构陶瓷。在陶瓷定向生长过程中,模板引导基体细晶沿[00l]方向生长,在奥氏原理的作用下,陶瓷中的取向晶粒尺寸不断变大。高织构度样品中,取向晶粒的直径增长到了20μm,无取向晶粒大部分消失。最后,对不同取向度织构陶瓷的介电、压电以及铁电性能进行了测试分析,并且与无取向陶瓷进行对比,研究了陶瓷取向度、极化状态等因素对陶瓷的各项电学性能的影响规律,摸索出了NBT-BT织构陶瓷的最佳制备工艺。研究发现,用TGG方法对NBT-BT陶瓷进行织构化,可有效地提升陶瓷电学性能。介电性能方面,织构陶瓷的Tm在270℃附近,相较于无取向陶瓷提高了10℃,弛豫铁电相变温度TF-R在125℃附近,相较于普通陶瓷提高了25℃。压电性能方面,无取向陶瓷的压电系数d33约128 p C/N,织构陶瓷的压电系数最高达到了241 pC/N,相较于无取向陶瓷,压电性能提升了1.85倍。铁电性能方面,在60k V/cm的外加交变电场下,无取向陶瓷的矫顽场Ec为30 k V/cm,剩余极化强度Pr为20μC/cm2,而织构陶瓷的Ec降低至25 k V/cm,Pr提升到了37μC/cm2,与无取向陶瓷相比,织构陶瓷的铁电学性能大大提升,并且更易极化。此外,织构陶瓷的最大应变Sm和高场压电系数比普通陶瓷均高出一倍,并显著降低了其应变滞后。本课题可为无铅材料的压电增性研究添加新的内容,为织构陶瓷的合成工艺发展确立一定的基础,有着重大的理论意义与丰富的实用化价值。
其他文献
近年来,随着科技的进步,基于生物的身份识别技术被大量应用于身份识别系统中。如基于虹膜的身份识别、基于指纹的身份识别、基于人脸的身份识别。人脸识别主要通过对人脸特征
随着国家对“放管服”改革的稳步推进,旅游业监管系统深化“放管服”改革具有积极的意义。理论层面有利于深化对治理理论的认识;丰富旅游业监管手段;创新旅游业监管模式。实践层面有利于切实解决P市旅游业监管的问题;探索完善旅游业监管的路径;检验“放管服”改革实践。本文采用文献研究、调查研究、比较研究和实地研究等研究方法,从治理理论视角出发进行研究。行文按照“问题—原因—对策”的逻辑,通过对P市旅游业监管情况
信息检索是当下获取和查询信息最重要的途径之一,是互联网中基础的服务。信息检索在给用户获取信息带来便利的同时,也存在弊端。当用户输入错误查询词串时,信息检索系统返回的信息可能偏离了用户的真实意图,从而导致用户流量的丧失。因此,信息检索中查询纠错问题是一个亟待解决的难题。本文通过对中文纠错方法的研究发现,当前研究人员提出的方法存在以下不足:1.研究方法只针对常见的部分错误类型,并未考虑少数但现实存在的
随着铁路运输高速化和重载化,铁路钢轨内部伤损数量也在迅速增加。目前,对钢轨内部伤损检测主要采用大型探伤车与小型探伤仪协作的方式进行探伤B型图像采集,并通过人工回放进行判伤,存在工作量大,效率较低等问题。尤其重载铁路长期受严重压力,导致钢轨内部微小伤损一旦形成,发展极其迅速,具有很大安全隐患。据此为背景,本文对基于B型图像的重载铁路钢轨伤损智能检测方法进行了分析研究,意在提高钢轨探伤工作效率的同时,
供应链管理和保障事关国计民生,一个国家供应链的水平决定了其在全球范围内的资源配置能力、协同能力和服务支撑能力。尤其在重大紧急突发事件中,如2019年底全球爆发的新冠疫情紧急事件中,医疗器械物流服务供应链更突显了其在国家安全战略上的重要性。医疗器械物流服务供应链的特点是对物流服务供应商的协同能力、服务质量和物流效率要求特别高。如,在此次疫情期间,呼吸机、口罩等医疗器械物资的运输的安全性、时效性至关重
随着互联网的广泛普及与发展,当今网络变得越来越复杂并愈加难以管理。传统的网络架构已不能很好地满足网络的性能要求,这严重阻碍了网络的创新和发展,软件定义网络作为一种
虽然近年准噶尔盆地南缘油气勘探获得一定的突破,研究成果取得长足进展,但勘探程度仍然很低。尽管前人对博格达地区烃源岩分布和评价方面做了大量工作,但是在研究区烃源岩发
低聚半乳糖作为一种功能性低聚糖,因其出色的理化性质和生理功效,广泛应用于婴幼儿配方奶粉、发酵乳、糖果产品、烘焙食品、家畜饲料、宠物食品等领域,主要由β-半乳糖苷酶转
近些年来,随着信息化技术的高速发展和先进装备的大量列装,空战智能化程度及战场复杂程度愈来愈高,多机协同空战智能决策与评估问题也成为了我军争夺战场制空权亟需解决的问题。为了解决协同作战空战战场中出现的环境变化快、敌情复杂、敌我信息量大以及模型复杂等问题,本文从我机编队对空协同作战的作战流程开始研究,将空战过程分为多机多任务分配、空战攻防决策和攻防决策评估三个过程。本文通过对基础任务信息、固定数据的采
基于衍射重构的全息视频显示技术可以产生逼真的三维场景,被认为是最有前景的三维显示技术之一,其核心器件是空间光调制器(SLM)。目前广泛采用的硅基液晶(LCoS)距离衍射重构所需求的巨大空间带宽积仍有很大的差距,特别是像素的尺寸方面(主流厂商最小已经做到3.74um)。如果继续使用LCoS光延迟的物理调制技术进一步减小结构的像素单元尺寸,将面临衍射效率下降、相位调制量达不到2π以及工艺限制等诸多问题