研究目的
研究SrTiO3改性的Bi1/2Na1/2TiO3-KTaO3无铅压电陶瓷的结构、介电、铁电和压电性能,以实现驱动器应用中低电场下的大机电应变。
研究成果
该研究成功合成了具有致密微观结构和高密度的BNT-KT-ST无铅压电陶瓷。ST改性诱导了铁电体向弛豫相的转变,使得BNT-KT-22.5ST陶瓷在低电场(3 kV/mm)下产生大的机电应变(d33* ≈ 793 pm/V)。这使该材料成为执行器应用的有前途候选材料,通过纳米级分析有望进一步优化。
研究不足
相变和应变增强的确切机制难以通过SEM或XRD等常规分析方法阐明。需要借助TEM或PFM等纳米级分析手段以获得更深入的理解。本研究仅限于特定成分范围,可能未涵盖所有潜在变化。
1:实验设计与方法选择:
采用传统固相反应法合成陶瓷材料。整体设计思路是构建新型三元体系(BNT-KT-ST)以提升低电场下的应变性能。理论模型涉及非遍历弛豫态与遍历弛豫态之间的相变行为。
2:样品选择与数据来源:
制备了(0.99-x)Bi1/2Na1/2TiO3-0.01KTaO3-xSrTiO3系列组分(x=0.20、0.21、0.215、0.225、0.235)。原料包括Bi2O3、Na2CO3、TiO2、SrCO3、K2CO3、Ta2O5。筛选标准基于100°C干燥24小时后的化学计量配比。
3:99-x)Bi1/2Na1/2TiO3-01KTaO3-xSrTiO3系列组分(x=235)。原料包括Bi2ONa2COTiOSrCOK2COTa2O5。筛选标准基于100°C干燥24小时后的化学计量配比。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:原料:Bi2O3(99.99%)、Na2CO3(99.0%)、TiO2(99.99%)、SrCO3(99.9%)、K2CO3(99.0%)、Ta2O5(99.9%)。设备:带ZrO2球(直径5-10mm)的聚乙烯罐、乙醇溶剂、400rpm球磨24小时、煅烧炉(850°C保温2小时,升温速率5°C/分钟)、烧结炉(1175°C保温2小时)、聚乙烯醇(PVA)粘结剂、电子密度计(SD-120L,A&D,日本)、X射线衍射仪(XRD RAD III,理学,日本)、场发射电子显微镜(FE-SEM,JEOL,JSM-65OFF,日本)、高温电学测试系统(KEYSIGHT-E4980AL精密LCR表,美国)、商用aixPES测试装置(aixACCT aixPES,德国亚?。?/p>
4:99%)、Na2CO3(0%)、TiO2(99%)、SrCO3(9%)、K2CO3(0%)、Ta2O5(9%)。设备:
4. 实验流程与操作步骤:原料称量与干燥→ZrO2球与乙醇混合球磨24小时→100°C干燥24小时→850°C煅烧2小时→二次球磨→添加PVA粘结剂→压制成圆片素坯(直径12mm,厚度1.2mm)→1175°C烧结2小时→阿基米德法测密度→XRD表征(20-70度,步长0.02°,扫描速度2°/分钟)→SEM微观结构分析→银浆电极烧结(700°C保温30分钟)→LCR表测介电性能→aixPES在1Hz下测极化与应变。
5:实验流程与操作步骤:
5. 数据分析方法:采用Voigt轮廓函数对XRD图谱进行解卷积和拟合;分析介电常数与损耗的温度/频率依赖性;分析极化与应变曲线的滞后效应及应变值;对各组分性能进行统计比较。
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