Na0.5Bi0.5TiO3高储能铁电陶瓷高压相变及冲击放电性能研究

Ferroelectric high energy pulsed source (FEG) is of great importance for the modern industries, military engineering and high-tech applications. Ferroelectric ceramic is the functional material in the FEGs, which could store energy with poling process and release the electrical charge to form the current in the circuit under shock compression. In the past half century, Pb(Zr1-xTix)O3 (PZT) based compounds dominated this field without any great improvements of the properties. On the other hand, though there are some ferroelectrics with good properties, but no alterative materials for PZT is available in this field, due to their properties is unknown under high pressure. Na0.5Bi0.5TiO3 (NBT) is an advanced ferroelectric material with lots of attentions absorbed in the past several decades, due to it has great properties and it is lead free. NBT is considered as the one of the most promising materials to replace the PZT compounds. However, the structure change and the high pressure properties of NBT is unclear. Therefore, we will investigate the phase transition behaviour under high pressure and the energy release properties under shock compression of NBT ceramics. Furthermore, the physical mechanism behind these behaviours will be studied. The results will be guiding for the developments of the new materials and applications.

铁电高功率脉冲电源在国防科研和高技术领域具有重要应用。铁电陶瓷是其中的关键材料；工作原理是利用铁电材料极化储能，然后利用高压冲击改变材料结构，使其失去极性从而释放电荷形成电流。在过去的半个世纪，仅有锆钛酸铅（PZT）一种铁电材料在此方向有着应用。目前，由于对其他铁电材料的高压结构和性能认识不足，还没有材料能对PZT铁电材料进行替换和补充。.钛酸铋钠（NBT）铁电陶瓷为新型的高储能铁电陶瓷材料，在过去的二十年一直是铁电物理领域研究的热点。由于其无铅无害、低密度、高性能等特点，NBT被认为是有望取代PZT的铁电材料。本项目选择钛酸铋钠（NBT）铁电陶瓷为对象，主要研究以下内容：第一、研究NBT陶瓷的高压下的相变压力和结构变化；第二、研究NBT陶瓷的动高压冲击放电性能；第三、研究NBT陶瓷相变机理研究。此研究结果有望为铁电脉冲电源的发展提供新的材料体系，同时对于高压铁电物理的发展有着积极意义。

铁电高功率脉冲电源在国防科研和高技术领域具有重要应用。铁电陶瓷是其中的关键材料；工作原理是利用铁电材料极化储能，然后利用高压冲击改变材料结构，使其失去极性从而释放电荷形成电流。在过去的半个世纪，仅有锆钛酸铅（PZT）一种铁电材料在此方向有着应用。目前，由于对其他铁电材料的高压结构和性能认识不足，还没有材料能对PZT铁电材料进行替换和补充。钛酸铋钠（NBT）铁电陶瓷为新型的高储能铁电陶瓷材料，在过去的二十年一直是铁电物理领域研究的热点。由于其无铅无害、低密度、高性能等特点，NBT被认为是有望取代PZT的铁电材料。本项目选择了钛酸铋钠（NBT）铁电陶瓷为对象，主要研究了NBT陶瓷的高压下的相变压力和结构变化；揭示了NBT陶瓷的动高压冲击放电性能；并且对NBT陶瓷相变机理进行了说明。此研究结果为铁电脉冲电源的发展提供新的材料体系，同时对于高压铁电物理的发展有着积极意义。