反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料及其制备方法。采用传统的固相合成工艺分别制备化合物A和化合物B的粉体；按照物质的量比为0.5~2:1称取化合物A与化合物B粉体，然后将粉体混合并使用氧化锆罐子和磨球在球磨介质为无水乙醇的条件下球磨4~12小时，最后干燥、造粒并压制素坯；将素坯通过传统的电子陶瓷烧制工艺即制得反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料；所述化合物A为(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xNa0.5K0.5TiO3，化合物B为(1-y)Bi0.5Na0.5TiO3-ySrTiO3，且0.15>x>0.03，0.7>y>0.03。
【专利说明】反铁电-弛豫体増强的大应变无铅压电材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料及其制备方法，属于电子材料领域。
【背景技术】
[0002]钛酸铋钠基无铅压电陶瓷显示了优良的电致应变效应，有望取代铅基压电陶瓷应用于电致微位移器领域。但是钛酸铋钠基陶瓷有一个较大的缺点是驱动电压过高，即便采用多元固溶体复合的方法也难以降低其驱动电压。
[0003]在钛酸铋钠基陶瓷中，其巨大的电致伸缩主要来源于电场导致的应变[C.Ma, X.Tan, E.Duli kin, and M.Roth, Domain structure-dielectric property relat1nshipin lead-free (l_x) (Bi1/2Na1/2)T13-XBaT13 ceramics, Journal of Applied Physics108，104105 (2010)]。在电场作用下，一部分立方或者赝立方结构的非极性相诱导为三方或者四方结构的极性相，从而出现大的电致应变。另外在四方结构的钛酸铋钠基陶瓷中，由于Bi和Ti离子的位移方向是反平行的，容易导致反铁电畴出现，反铁电畴的电场作用下反转也会引起较大的应变，但这类材料往往电致伸缩比较小。而在铅基弛豫体中，尽管宏观上材料的对称性保持为立方结构，电场作用下不会发生结构变化，但是却能产生大的电致伸缩。电致伸缩是所有电介质都具备的基本特征，只是在弛豫体中表现的比较明显。
[0004]因此可以通过构建一个反铁电和弛豫体的“相界”来共同增强钛酸铋钠基陶瓷的电致应变效应。(1-X)Bia5Naa5T13-XNaa5Ka5T1^ 0.12>x>0.07区域内表现为反铁电体[A.B.Koung, S.Zhang, ff.Jo, T.Granzow, and J.Rode I, Morphotropic phaseboundary in (1-x) Bi0 5Na0 5Ti03 - XK0 5Na0 5NbO3 lead-free piezoceramics, AppliedPhysics Letters 92，222902 (2008);]，而(1-X)Bici 5Naci 5T13-XSrT13表现为无限固溶体，而且均表现出弛豫体特征[W.Krauss, D.Schiltz, F.A.Mautner, A.Feteira, K.Reichmann, Piezoelectric properties and phase transit1n temperatures of thesolid solut1n of (1- x) (Bi0 5Na0 5) T13 - XSrT13 Journal of the European CeramicSociety 30 (2010) 1827- 1832]。因此有望通过这两种化合物构建反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料及其制备方法。
[0006]本发明的反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料由反铁电化合物A和弛豫体化合物B通过传统的电子陶瓷烧制工艺制备而成，其中化合物A为(1-x)Bi0 5Naci 5T13-XNaci 5Kci 5T13,化合物 B 为(1-y) Bi0.5Na0.5Ti03-ySrTi03,且 0.15>χ>0.03，0.7>y>0.03。
[0007]制备上述反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料的具体步骤为: (I)采用传统的固相合成工艺分别制备化合物A和化合物B的粉体。
[0008](2)按照物质的量比为0.5-2:1称取步骤⑴制得的化合物A与化合物B粉体，然后将粉体混合并使用氧化锆罐子和磨球在球磨介质为无水乙醇的条件下球磨4~12小时，最后干燥、造粒并压制素还。
[0009](3)将步骤⑵制得的素坯通过传统的电子陶瓷烧制工艺即制得反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料。
[0010]所述化合物A 为(1-X)Bia5Naa5T13-XNaa5Ka5T13,化合物 B 为(l_y)Bi0 5NaQ.5Ti03-ySrTi03，且 0.15>χ>0.03，0.7>y>0.03。
[0011 ] 本发明提供了一种增强电致应变的新方法，该方法操作简单，且制得的材料的电致应变有两部分构成电场诱导相变和电致伸缩，分别由赝立方反铁电相和弛豫体贡献。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明实施例1制得的反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料的室温电致应变图，图中纵坐标为电致应变S，横坐标为电场强度E。
[0013]图2为本发明实施例2制得的反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料的室温电致应变图，图中纵坐标为电致应变S，横坐标为电场强度E。
【具体实施方式】
[0014]实施例1:
(I)采用传统的固相合成工艺分别制备0.9Bi0.5Na0.5Ti03-0.1Naa5Ka5T13 (化合物A)和 0.9Bi0.5Na0.5Ti03-0.ISrT13 (化合物 B)的粉体。
[0015](2)按照物质的量比为1:1.4称取步骤(I)制得的化合物A和化合物B粉体，然后将粉体混合并使用氧化锆罐子和磨球在球磨介质为无水乙醇的条件下球磨8小时，最后干燥、造粒并压制素还。
[0016](3)将步骤(2)制得的素坯经过排胶工序然后在1150°C下保温4小时即制得反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料。
[0017]将本实施例制得的大应变无铅压电材料经过表面打磨和被银工序后进行电致应变测试，图1给出了电场和应变的关系图。
[0018]实施例2:
(I)采用传统的固相合成工艺分别制备0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06Na0.5K0.5Ti03 (化合物A)和 0.5Bi0.5Na0.5Ti03-0.5SrTi03(化合物 B)的粉体。
[0019](2)按照物质的量比为2:1称取步骤⑴制得的化合物A和化合物B粉体，然后将粉体混合并使用氧化锆罐子和磨球在球磨介质为无水乙醇的条件下球磨10小时，最后干燥、造粒并压制素还。
[0020](3)将步骤(2)制得的素坯经过排胶工序然后在1150°C下保温6小时即制得反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料。
[0021]将本实施例制得的大应变无铅压电材料经过表面打磨和被银工序后进行电致应变测试，图2给出了电场和应变的关系图。
【权利要求】
1.一种反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料，其特征在于该反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料由反铁电化合物A和弛豫体化合物B通过传统的电子陶瓷烧制工艺制备而成，其中化合物A为(1-X) Biα 5Na0.5T13-XNaa 5Κα5T13，化合物B为(1-y)Bi0 5NaQ.5Ti03-ySrTi03，且 0.15>χ>0.03，0.7>y>0.03。
2.根据权利要求1所述的反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料的制备方法，其特征在于具体步骤为: (1)采用传统的固相合成工艺分别制备化合物A和化合物B的粉体； (2)按照物质的量比为0.5~2:1称取步骤⑴制得的化合物A与化合物B粉体，然后将粉体混合并使用氧化锆罐子和磨球在球磨介质为无水乙醇的条件下球磨4~12小时，最后干燥、造粒并压制素还; (3)将步骤(2)制得的素坯通过传统的电子陶瓷烧制工艺即制得反铁电-弛豫体增强的大应变无铅压电材料； 所述化合物 A 为(1-X)Bia5Naa5T13-XNaa5Ka5T13,化合物 B 为(l_y)Bi0 5NaQ.5Ti03-ySrTi03，且 0.15>χ>0.03，0.7>y>0.03。
【文档编号】C04B35/462GK104446440SQ201410623344
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月9日 优先权日:2014年11月9日
【发明者】刘来君, 邓建明, 刘赛赛 申请人:桂林理工大学