铌酸钾钠基陶瓷材料压电性能以及温度依存性的微观机制研究

Lead-free piezoelectric ceramics (K, Na, Li) (Nb, Ta) O3 (abbreviated as KNLNT)were recently prepared following the conventional solid state reaction method, and the piezoelectric constant can reach up to 254pC / N. we choose this system ceramics as the main object to carry out the researches of high piezoelectric performance and temperature stability from the microscopic point of view.We will investigate the piezoelectric properties of KNN-based ceramics, dielectric properties and their temperature dependencies, microstructure and domain configurations, and explore their relationships. Thus we can explain the previously reported result that the enhanced piezoelectric properties of the ceramics should be attributed to the polymorphic phase transition(PPT) near room temperature, and reveal the micro-mechanism of excellent piezoelectric properties and temperature stability in KNN-based ceramics.Carrying out this investigation will further deepen understanding the mechanism of exhibiting high piezoelectricity and good temperature stability in the vicinity of the phase transition point, enrich the contents of ferroelectric and piezoelectric material science, promote the development of this subject; and this study have important practical significance on excellent performance and environment-friendly lead-free piezoelectric ceramic materials prepared by ordinary solid state reaction method.

拟以近期用传统制备电子陶瓷的固相反应方法得到的高压电性能（d33值约为254pC/N）的（K,Na,Li）(Nb,Ta)O3（简写KNLNT）陶瓷为主要研究对象，考察KNN基陶瓷的压电性能，介电性质以及他们的温度依存性，微观组织结构和电畴构型，并且探讨它们之间的关系，从而解释前人报道的KNN基陶瓷中因多型相变而存在的两相共存态是否是影响陶瓷高压电性能的原因，揭示影响KNN基陶瓷压电物性和温度依存性的微观作用机制。开展本项目的研究，将深化对KNN基陶瓷微观组织结构以及在相变点附近显示高压电活性和优良的温度稳定性的机理认识和理解，丰富铁电压电材料学的内容, 促进学科的发展；对确立以普通固相反应方法制备性能优良的环境友好无铅压电陶瓷材料的方法有重要的现实意义。

用传统制备电子陶瓷的固相反应方法得到的高压电性能的（K,Na,Li）(Nb,Ta)O3（简写KNLNT）陶瓷，考察了K/Na 比例对KNN基陶瓷的微观组织结构、压电性能和介电性质的影响，测试了压电性能的温度依存性，探讨了压电性能温度依存性和电滞回线之间的联系和影响，从而解释前人报道的KNN基陶瓷中因多型相变而存在的两相共存态是否是影响陶瓷高压电性能的原因，揭示影响KNN基陶瓷压电物性和温度依存性的微观作用机制。开展本项目的研究，将深化对KNN基陶瓷微观组织结构以及在相变点附近显示高压电活性和优良的温度稳定性的机理认识和理解，丰富铁电压电材料学的内容, 促进学科的发展；对确立以普通固相反应方法制备性能优良的环境友好无铅压电陶瓷材料的方法有重要的现实意义。采用传统固溶反应法制备的该系列无铅压电陶瓷，显示良好的压电性能，在高达约325oC的老化试验中发现，尽管在室温下存在多型相变的影响，但陶瓷的d33和kp值几乎一直保持不变。而且，陶瓷的kp值在-50°C到120°C这个很宽的温度范围内几乎不受温度影响，显示了很好的温度稳定性，笔者从两相共存的温度范围对陶瓷的热稳定性能进行了讨论，随后又研究了KNLNT系列陶瓷中Li和Sb的掺杂量对该系列陶瓷压电性能的温度稳定性的影响进行了探索研究。结果表明，随着Li含量的增加，KNNT-Lix陶瓷的正交-四方相变温度（TO-T）逐渐降低，从而大幅度的拓宽了该系列陶瓷压电性能温度稳定性良好的温度范围；掺杂Sb2O3的KNLNT陶瓷样品的压电性能对温度的依存性减小，在相变温度附近没有呈现峰值变化，具有良好的温度稳定性。最后，又研究了氧化亚铜纳米半导体材料的形貌演变及光催化性能和气敏性能，得到了性能优异的氧化亚铜的制备方法，并对显示优越的光催化性能和气敏性的物理机制进行了探讨。