超高介電、壓電常數(shù)鈣鈦礦壓電陶瓷材料的研究.pdf

1、隨著電子元器件向著微型化、薄及集成化的方向不斷發(fā)展，其中對(duì)于壓電陶瓷材料性能的要求也不斷提高。因此，開發(fā)高性能的壓電陶瓷材料就顯的尤為必要，其中超高介電、壓電常數(shù)壓電陶瓷材料就是其中一種，但是其對(duì)于電場(chǎng)強(qiáng)度、溫度及頻率等外界條件非常的敏感。因此進(jìn)一步的研發(fā)以及研究好這類超高介電、壓電常數(shù)的壓電陶瓷材料是十分有必要的。在本文中，以具有較高介電常數(shù)的鈮鎳鋯鈦酸鉛 Pb(Ni1/3Nb2/3)0.5(ZrxTiy)0.5O3(0.5PNN-0

2、.5PZT)壓電陶瓷為基礎(chǔ)的研究對(duì)象，通過傳統(tǒng)的氧化粉末固相的方法進(jìn)行制備。通過使用XRD、SEM以及介電溫譜系統(tǒng)、阻抗分析儀等儀器，展開了壓電陶瓷的工藝調(diào)整、摻雜改性及準(zhǔn)同型相界（morphotropic phase boundary，MPB）組分附近進(jìn)行調(diào)整的相關(guān)研究。
　　首先，進(jìn)行工藝調(diào)整，探究了不同分散劑種類及濃度對(duì)0.5PNN-0.5PZT壓電陶瓷相結(jié)構(gòu)、顯微形貌、電學(xué)性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)分散劑的種類為檸檬酸銨，濃

3、度為15 wt.％陶瓷的分散效果最佳，陶瓷樣品的微觀結(jié)構(gòu)致密，并具有最佳電學(xué)性能：壓電常數(shù)d33=665 pC/N，介電損耗tanδ～2.06%。
　　其次，進(jìn)行摻雜改性，一方面，研究了金屬氧化物 Co2O3摻雜對(duì)0.5PNN-0.5PZT壓電陶瓷的相結(jié)構(gòu)、顯微形貌、電學(xué)性能及介電弛豫行為、居里溫度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，摻雜Co2O3時(shí)，樣品介電性能有所改善，介電損耗明顯的降低。當(dāng)摻雜0.4 wt.%時(shí)，陶瓷特征衍射峰為矩形狀，居里溫

4、度達(dá)到最小值，陶瓷樣品的介電弛豫行為最明顯以及其綜合電學(xué)性能最佳。
　　另一方面，研究了稀土氧化物Sm2O3及CeO2摻雜含量對(duì)0.5PNN-0.5PZT陶瓷性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)Sm2O3摻雜量為0.2 wt.%時(shí)，陶瓷在45°的特征衍射峰為三角形狀，此時(shí)陶瓷樣品具有最差的綜合電學(xué)性能：d33=605 pC/N， kp=55%，εr=5020，tanδ~2.20%。同時(shí)，彌散系數(shù)γ也取得最大值(1.998)，說明陶瓷電學(xué)性能與

5、介電弛豫行為存在一定的聯(lián)系。同時(shí)，當(dāng)摻雜量都為0.4%時(shí)，稀土氧化物CeO2摻雜能夠改善陶瓷的電學(xué)性能以及提高其居里溫度(151℃)，其特征衍射峰為矩形狀；然而稀土 Sm2O3摻雜反而降低了陶瓷的電學(xué)性能及居里溫度(127℃)。
　　最后，對(duì)MPB附近的組分進(jìn)行了調(diào)整，研究了不同比例成分的PNN/PZT對(duì)Pb(Zn1/3Nb2/3)c(Ni1/3Nb2/3)a(ZrxTiy)bO3(PZN-PNN-PZT)陶瓷性能的影響，其中PN