Bi0.5Na0.5TiO3–BaTiO3–CaZrO3无铅陶瓷的制备及性能研究文献综述
2020-05-31 20:47:42
文 献 综 述
1. 研究背景及意义
压电陶瓷，铁电陶瓷材料广泛应用于各类信息的检测、转换、存储和处理中，是一种重要的功能材料[1]。长期以来, 对压电陶瓷的研究和应用主要集中在 Pb(Zr,Ti)O3 系列陶瓷(PZT)。 PZT 陶瓷拥有优异的电学性能, 但其PbO含量却高达70%。由于含铅材料制备过程中PbO的挥发, 不但造成陶瓷中化学计量比的偏离，使得产品的重复性和一致性降低，更是造成严重的环境污染和破坏。除此之外，含铅材料废弃物的运输和处理过程也会对环境造成严重污染。 出于环境保护和人类社会可持续发展的需求, 新型环境友好的无铅铁电压电陶瓷已成为世界各国致力研发的热点材料之一。
然而和PZT相比，几乎所有现有无铅压电材料的压电性能都很低，无法实际替代 PZT陶瓷。为此，日本、欧盟及美国等国都投入巨资展开了研发高性能无铅压电材料
的竞争，主要的研究对象为铌酸钾钠基(KNN)、钛酸铋钠基(BNT)以及钛酸钡基(BT)陶瓷。我国20世纪 80 年代已关注无铅压电材料的研究。中国科学院上海硅酸盐研究所在国际上最先报道了 NBT-BT及NBT-KBT等无铅压电陶瓷的准同型相界(Morphotropic Phase Boundary，MPB)。近年来，四川大学、清华大学、山东大学、电子科技大学、陕西师范大学等也纷纷开展了无铅压电陶瓷的研究[2]。
综上所述，无铅压电陶瓷方面已开展了大量的研究并取得了阶段性成果，研究热点为如何开发一种在压电性能和温度稳定性方面全面达到PZT性能、可以真正替代PZT的无铅压电材料; 并从机理上阐明获得大压电效应的物理机制。
2. 铁电-反铁电体的基本理论
铁电性是某些介电晶体所具有的性质。在某些电介质晶体结构中，晶胞的重复性结构使正负电荷中心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化[3]，且电偶极矩方向可以因外电场而改变，呈现出类似于铁磁体的特点，晶体的这种性质叫铁电性。
铁电体中相邻的晶胞的自发极化现象是沿着同向平行排列的，偶极子同向平行，从而导致总的自发极化不为零。反铁电材料作为铁电材料的一种，其晶体结构特征与铁电体相似，但在一定温度范围内相邻离子联线上的偶极子呈反平行排列，宏观上自发极化强度为零，无电滞回线的材料。在外电场、热应力诱导下反铁电相将向铁电相转变，呈现双电滞回线。
