本發明專利技術涉及鐵電固溶體鈮鐿酸鋇-鈦酸鉛及其制備方法和用途。該陶瓷具有鈣鈦礦型結構，其化學式為(1-x)Ba(Yb1/2Nb1/2)?-?xPbTiO3?(0?
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種新型的電功能材料，特別是涉及一種新型的鐵電陶瓷材料。具體而言，本專利技術涉及到具有準同型相界(MPB)結構且居里溫度相對較高的鐵電材料，以及陶瓷的制備方法、結構和電學性能。
技術介紹
鐵電材料由于其優異的性能在醫學、國防、民用等方面有著廣泛而實際的應用。經歷大約六十年的發展歷程，已經發展為具有優異壓電性能的倍受人們關注的階段(1-x) Pb (Mgl73Nb273) O3-XPbTiO3 (簡稱PMN-PT)和(l-χ) Pb (Zn1/3Nb2/3) O3-XPbTiO3 (簡稱: ΡΖΝ-ΡΤ)體系。PMN-PT和PZN-PT由于其高的機電耦合系數(k33 > 90%)和超高壓電系數(d33 > 2000)而成為新一代超聲換能器、傳感器和驅動器的核心壓電材料。但是此類材料有幾類缺陷，如居里溫度低(140-170 ° C)和MPB相變溫度低(〈80 ° C)，容易退極化，實際應用的溫度范圍窄；含鉛量大，在使用過程中給環境和人類健康造成危害；介電常數不夠高， 在介電方面的應用受到限制等。因此，我們希望探索一種新型的高居里點、高性能的無鉛、 少鉛鐵電材料，以適用當前鐵電材料的發展要求。(1-X)Ba(Mgl73Nb273) O3-XPbTiO3 (BMN-PT) 和(1-x)Ba(Zn1/3Nb2/3) O3-XPbTiO3 (簡稱BZN_PT)作為新型的少鉛鐵電材料的研究已經有所報導，它們在一定程度上減少了鉛對環境和人類的危害問題，但是居里溫度仍不夠高，所以，我們希望找到一種居里點更高，性能更好的固溶體系。以PbTiO3為基的鐵電固溶體由于具有優越的壓電性能，使其在機電轉換方面的應用得到廣泛的關注，而這種好的壓電性能通常出現在MPB附近。因為在體系的MPB附近，材料處于更易隨電場反轉的多疇狀態，具有高的電學活性，從而具有高的壓電效應。同時，由于處于MPB中的兩相能量比較接近，這使得它們之間更容易發生能量耦合，從而產生高的耦合系數。因此，具有MPB結構的鐵電固溶體系成為尋找性能優越的鐵電材料的一個重要方向。關于(1-X)Pb(Yb1Z2Nb1Z2)O3-XPbTiO3 (簡稱PYN_PT)的研究，已有不少報導，它的性能很好，但結構 不穩定、含鉛量又高，應用上受到限制。而在PYN-PT中添加少許的Ba2+ 可以起到穩定結構的作用，這也提示了我們來研究BYN-PT固溶體系。與PYN-PT相比，該體系的鉛含量減低，減少對人類和生態環境的危害；另一方面，隨著PT含量的增加，BYN-PT呈現從介電體到介電弛豫體，到弛豫鐵電體，再到普通鐵電體的連續過渡，這為深入了解鈣鈦礦型鐵電固溶體的結構性能研究提供了理想的研究對象。因此，我們開展對BYN-PT固溶體系的研究。通過陶瓷材料的制作來確定MPB區域，測定陶瓷的結構、介電和鐵電性能， 進一步研究MPB區域組分的單晶生長、結構和性能，并且系統研究該體系的結構與性能之間的關系，為探索新型鐵電固溶體系提供指南。
技術實現思路
本專利技術的目的在于公開一種全新的鐵電固溶體系(1-x)Ba(Yb1/2Nb1/2)-XPbTiO3 (O〈X〈 I)，簡稱 BYN-PT。為實現本專利技術目的，本專利技術采用如下技術方案本專利技術制備的新型鐵電固溶體鈮鐿酸鋇-鈦酸鉛，該固溶體化學式為(1-x) Ba(Ybl72Nbl72)O3-XPbTiO3 (O < x < I)，屬于鈣鈦礦型結構。該固溶體陶瓷存在準同型相界， 且組成范圍為O. 65 < X < O. 70ο本專利技術采用改進的兩步法制備，包括如下步驟將初始原料BaCO3Jb2O3和Nb2O5按照Ba(Yb1/2Nb1/2)03*子式的化學計量比進行稱重，混合研磨，在1450 0C恒溫6 h合成純的 Ba(Ybl72Nbl72)O3 ;然后，將合成得到的Ba(Yb1/2Nb1/2)03按照不同的比例與PbO和TiO2混合研磨，在950 — 1250 °C恒溫4 h，得到(l_x)Ba(Yb1/2Nb1/2)O3-XPbTiO3不同組成的預合成粉末，將其研磨、烘干，在1200 — 1300 °C燒結，得到(1-x)Ba(Yb1/2Nb1/2)O3-XPbTiO3的陶瓷樣品O本專利技術制備的新型鐵電固溶體鈮鐿酸鋇-鈦酸鉛用于機電換能器，激勵器，電容器，驅動器，微波通訊，微波介電，濾波器，超聲振蕩器和壓電蜂鳴器領域。本專利技術是基于尋找新型的具有MPB結構的鐵電固溶體系而進行的。BYN-PT作為具有弛豫性的鐵電固溶體系，具有很好的研究價值。首先合成粉末，用X-射線粉末衍射確定結構，并初步找到MPB區域，進一步摸索燒結條件，完成陶瓷的合成。然后，對其介電性質和鐵電性質進行測試分析，通過以上的分析確定相圖及MPB區域。附圖說明圖1BYN-PT 的粉末衍射圖譜，其中a: x = O. 20, b: x = O. 30, c: x = 0.50， d: x = 0. 60, e: X = 0. 65, f: x = 0. 66, g: x = 0. 67, h: x = 0. 68,1: x = 0. 69, j: x = 0. 70,k: x = 0. 80。圖2BYN — PT陶瓷部分(200)衍射峰的分裂情況。圖3 (a) —圖3 (C)為BYN — PT陶瓷部分(200)衍射峰的擬合結果。圖4BYN-PT體系不同組成的電滯回線。圖5為BYN — PT陶瓷的相圖。具體實施例方式例1:采用改進的兩步法制備BYN-PT固溶體的陶瓷樣品(I)先合成BYN，按一定的化學計量比稱取BaCO3Jb2O3和Nb2O5原料，加無水乙醇和丙酮，研磨I —2 h，壓片，1400 ° C恒溫6 h ,300 ° C/h升降溫。(2)合成后的BYN樣品加無水乙醇和丙酮，研磨I — 2 h備用。(3)按照一定的化學計量比稱取BYN、PbO和TiO2，加無水乙醇和丙酮，研磨I — 2 h，壓片，在 950 — 1240 ° C溫度范圍進行合成，得到X為0-0. 9組成范圍的BYN-PT胚體。(4)加無水乙醇和丙酮充分研磨，加5被％的PVA壓片，先以150 ° C/h的速度升至600 ° C，恒溫1. 5 h去除PVA，然后在1200 — 1600 ° C恒溫4 h，300 ° C/h升降溫，得到陶瓷樣品。以上得到的樣品即為本專利技術研制的鐵電陶瓷，其具體的制備條件如表I所示。例2 :陶瓷的結構確定。采用X —射線粉末衍射，確定陶瓷的結構。所用儀器為日本RIGAKU — DMAX2500 粉末衍射儀(Cu靶，λ = O. 154056 nm，石墨單色儀)，具體測試條件為室溫下，測量角度范圍為10-80°，采用的步長為O. 02° (2 Θ )，時間2 s per Step0得到的粉末衍射結果如圖1和 2所示。將得到的(200)峰進行擬合得到如圖3所示的結果，從而更清楚地看出其變化的情況。例3 :陶瓷的電學性能測量。 將陶瓷樣品磨薄、拋光，兩面涂上銀膠，用于鐵電性和介電性的測量。鐵電性的測量所用儀器為TF 2000標準鐵電測量系統，溫度條件為室溫，所加頻率為2 Hz。具體的測量結果如圖4所示。介電性的測量所用儀器為阿爾法介電/阻抗高分辨率分析儀(本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種鐵電固溶體鈮鐿酸鋇?鈦酸鉛，其特征在于：該固溶體化學式為????(1?x)Ba(Yb1/2Nb1/2)O3?xPbTiO3，屬于鈣鈦礦型結構。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：龍西法，王祖建，魏倩，李修芝，
申請(專利權)人：中國科學院福建物質結構研究所，
類型：發明
國別省市：
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