1 国网陕西省电力有限公司电力科学研究院, 西安 710100
2 国网(西安)环保技术中心有限公司, 西安 710100
3 国网陕西省电力有限公司, 西安 710048
4 国网陕西省电力有限公司渭南供电公司, 渭南 714000
5 国家电网有限公司, 北京 100031
本文采用传统固相反应法, 成功制备了新型无铅弛豫铁电陶瓷(1-x)［0.9BaTiO3-0.1Bi(Mg0.25Ta0.5)O3］-xBi0.5Na0.5TiO3。结果表明, 较高居里温度的Bi0.5Na0.5TiO3的引入, 使得材料体系中建立了更多的以Bi-O耦合为主的极性纳米区域, 弥补了因Bi(Mg0.25Ta0.5)O3的加入导致的宏观极化强度的减少, 提高了材料的饱和极化强度, 实现了较高储能密度的同时具有更好的温度稳定性。在245 kV/cm电场强度下, x=0.2样品的储能密度约为4.01 J/cm3, 储能效率约为84.86%, 同时该组分在20~170 ℃储能密度的变化率小于5%, 储能效率的变化率小于6%, 表现出优异的温度稳定性。
无铅 弛豫铁电体 能量存储 BaTiO3基陶瓷 储能效率 温度稳定性 lead free relaxor ferroelectric energy storage BaTiO3 based ceramics energy storage efficiency temperature stability
西安交通大学, 多功能材料与结构教育部重点实验室, 西安 710049
钙钛矿型(ABO3)弛豫铁电单晶具有优异的机电耦合性能, 被认为是研制下一代医疗超声换能器、高精度压电驱动器、水声换能器等机电耦合器件的核心关键材料。针对弛豫铁电单晶材料制备与物理性能方面尚存在的基础科学与工艺问题, 本文综述了近些年弛豫铁电单晶生长与性能优化方面的研究进展, 包括若干新的单晶生长方法用以改善弛豫铁电单晶的成分和性能均匀性, 提升弛豫铁电单晶压电性能的系列新方法, 通过铁电畴结构调控以获得高透光率的弛豫铁电单晶, 以及高性能弛豫铁电单晶在电光技术领域的应用等。
弛豫铁电体 单晶生长 布里奇曼法 畴工程 掺杂 性能优化 压电性能 relaxor ferroelectric single crystal growth Bridgman method domain engineering doping property optimization piezoelectric property 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1643
北京工业大学 材料与制造学部, 北京 100124
采用铌铁矿前驱体两步法制备了Pb(Zn1/3Nb2/3)0.2(Hf1-xTix)0.8O3(PZNH1-xTx)钙钛矿压电陶瓷, 研究了铪钛比对陶瓷相结构、电学性能和能量收集特性的影响。结果表明, 当x=0.52时, 陶瓷样品位于准同型相界, 具有最优综合压电性能: 居里温度TC=287 ℃, 品质因数FOM≈14 753×10-15 m2/N, 压电电荷常数d33=492 pC/N。由该组成材料构建的悬臂梁型压电能量收集器输出功率密度高达4.16 μW/mm3, 所转化的电能可成功点亮138盏并联的LED灯。结果表明, PZNHT陶瓷在压电能量收集领域具有良好的应用潜力。
钙钛矿陶瓷 弛豫铁电体 准同型相界 压电性 压电能量收集 perovskite ceramics relaxor-ferroelectrics morphotropic phase boundary piezoelectrity piezoelectric energy harvesting
钛酸钡(BaTiO3)陶瓷作为传统的介质电容器材料，其强铁电性会导致储能密度低下，但通过掺杂可以削弱铁电性来获得弛豫铁电体，提高储能性能。利用铋系化合物可增强弛豫特性，本文设计了BiScO3和(Sr0.7Bi0.2)TiO3取代改性的BaTiO3基三元陶瓷材料: (0.99-x)Ba(Zr0.1Ti0.9)O3-x(Sr0.7Bi0.2)TiO3-0.01BiScO3(缩写为BZT-xSBT-BS)。采用传统固相法制备的BZT-xSBT-BS陶瓷，相结构没有因为掺杂发生改变，在室温下均为纯的三方相钙钛矿结构。介电和铁电的测试与分析表明，BZT-xSBT-BS陶瓷具有典型的弛豫铁电特性。由于不等价离子Sr2+、Bi3+的掺杂导致界面松弛极化，可以增大BZT-xSBT-BS陶瓷的介电常数，但是受制于其慢的响应速度，陶瓷的介电损耗也显著增加。适量(Sr0.7Bi0.2)TiO3可以提升BZT-xSBT-BS陶瓷的介电、铁电、应变和储能性能，x=0.015时的BZT-xSBT-BS陶瓷的综合性能较优: εr~10 372,tanδ~0.019,Pmax=16.42 μC/cm2，Ec=1.41 kV/cm，S+max=0.12%(@40 kV/cm),WD=0.181 J/cm3，η=80.4%(@60 kV/cm)。
BaTiO3基陶瓷 固相法 弛豫铁电体 介质电容器 介电性能 铁电性能 储能 BaTiO3-based dielectric ceramic (Sr0.7Bi0.2)TiO3 (Sr0.7Bi0.2)TiO3 solid-state method relaxor ferroelectric dielectric capacitor dielectric property ferroelectric property energy storage
利用传统固相法制备了0.6［(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xNaSbO3］-0.4(Sr0.7Bi0.2)TiO3陶瓷材料(缩写为BNT-NSO-SBT-x),其中x=0.04 mol,0.06 mol,0.08 mol和0.1 mol。研究了引入第三组元NaSbO3后对BNT-NSO-SBT-x陶瓷相结构、介电和铁电性能以及储能特性的影响。Sb5+对相结构并未造成显著影响,BNT-NSO-SBT-x陶瓷在室温具有三方和四方共存相。BNT-NSO-SBT-x陶瓷为呈现典型弥散特征的弛豫铁电体(γ~2),这源于A、B位离子复合占位而引起的成分不均一,以及三方和四方PNRs共存造成的结构不均一。Sb5+取代量增大时,Tp和Tm逐渐靠近; 由于Tp(<80 ℃)靠近室温,引起弱极性四方相PNRs增多,使得陶瓷的铁电性能恶化,但却有利于提高储能特性。x=0.06时BNT-NSO-SBT-x陶瓷的储能较优,W1=0.227 J/cm3,η=76.2%(E=40 kV/cm, f=10 Hz)。
BNT基无铅陶瓷 Sb5+离子 弛豫铁电体 介电性能 铁电性能 BNT based lead-free ceramics Sb5+ ion relaxor ferroelectric dielectric property ferroelectric property
1 中山火炬职业技术学院光电信息学院，中山 528436
2 南京航空航天大学航天学院，工业和信息化部重点实验室，空间光电探测与感知实验室，南京 210016
3 江苏省埃迪机电设备实业有限责任公司，南京 211101
4 中国电子科技集团第55研究所，南京 210016
5 北方信息控制集团有限公司，南京 211153
准同型相界附近的弛豫铁电单晶体具有较大的压电效应，因而得到了广泛地研究。一般而言，具有较大铁弹响应的材料也具有较高的声光效应。尤其是大的晶格参数变化和应力所致相变可以同时产生大的折射率变化，二者可以同时提高声光效应。本文在马赫-曾德尔干涉光路中对晶体样品施加单轴应力，测量得到了0.65Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.35PbTiO3 (0.65PMN-0.35PT)单晶的声光系数π。研究结果表明，该单晶表现出了极高的声光系数，例如，π33达到了15.2×10-12 m2/N。这些研究结果表明，弛豫铁电单晶是激光束偏转器和声光调制器的优选材料。
声光效应 弛豫铁电体 四方相晶体 铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT) 准同型相界(MPB) acousto-optic effect relaxor ferroelectric tetragonal crystal lead magnesium niobate-lead titanate (PMN-PT) morphotropic phase boundary (MPB)
