铌酸钾钠基无铅陶瓷介电、压电和应变响应非线性行为及机理研究

In recent years, potassium sodium niobate ((Na,K)NbO3, NKN) based lead-free ceramics have attracted extensive attention due to that it is considered as a promising candidate to replace lead-based piezoelectric ceramics. This project is focused on the nonlinear behavior and its intrinsic and extrinsic contributions of dielectric, piezoelectric and strain responses in NKN-based ceramics with different phase structures, defect structures and relaxor degrees by doping and substitution. In addition, the mechanism of nonlinear electrical response in NKN-based ceramics is explored in terms of lattice vibration, lattice deformation, domain wall motion and domain switching, etc. The above research provides a new idea of composition design and performance optimization in NKN based lead-free piezoelectric ceramics.

铌酸钾钠基（(Na,K)NbO3，NKN）无铅陶瓷近年来得到广泛的研究，被认为是一种很有潜力的无铅压电材料，本项目计划通过不同组元的取代、掺杂，以及构建具有不同相结构、缺陷结构以及不同弛豫程度的NKN基无铅压电陶瓷组成，深入地研究这些陶瓷组成的介电、压电以及应变的非线性行为以及非线性电学响应的本征贡献和非本征贡献，进一步探讨晶格振动、晶胞形变、畴壁运动以及电畴翻转等因素对NKN基压电陶瓷电学性能非线性响应产生影响的物理机制，为NKN基无铅压电陶瓷的组成设计和性能优化提供新的研究思路。

铌酸钾钠（NKN）基无铅压电陶瓷近年受到广泛的关注和研究，被认为是一种很有潜力的无铅压电材料，本项目通过不同组元的取代、掺杂，构建具有不同相结构的NKN基无铅压电陶瓷组成，深入地研究了这些陶瓷组成的介电、压电以及应变的非线性行为以及非线性电学响应的本征贡献和非本征贡献。取得了如下的研究成果:.首先我们成功开发了具有低驱动电场，低滞后、高应变值（高达0.32%）的NKN基无铅压电陶瓷材料，该材料有望用于无铅陶瓷驱动器。在此基础，进一步揭示了相变与电畴翻转对材料应变贡献的定量关系，发现电场诱导菱方-斜方相变贡献接近62%，增强的电畴翻转效应贡献了接近38%的宏观应变。.其次，通过原位电场同步辐射和宏观应变测试阐明NKN基陶瓷材料电畴翻转对材料宏观应变的影响，揭示材料宏观应变中本征贡献与非本征贡献的定量关系以及二者随材料组成和相结构演变的规律；另一方面通过对典型NKN基陶瓷变温变电场原位同步辐射的测试，揭示材料压电性能（静态d33）与应变特性（动态d33*）之间的区别与联系，以及材料中相变、（可逆与不可逆）畴翻转等效应对压电性能与应变特性的影响；.第三，基于反铁电铌酸钠（NN），开发出具有垂直准同型相界（MPB）特性的新型无铅压电陶瓷材料，这是国际上首次报道具有垂直MPB的无铅陶瓷材料体系；同时揭示了相界组成增强的压电性能主要来源于电致相变，而不是非本征的电畴翻转。