發(fā)布時間：2020-07-08 12:33

【摘要】：壓電陶瓷作為21世紀一種重要的信息功能材料,在人類生產生活的各個領域受到非常廣泛的應用。隨著社會的不斷發(fā)展,人們對壓電陶瓷材料性能的要求也越來越高,開發(fā)具有高性能的壓電陶瓷材料已勢在必行。以PNN-PZT基壓電陶瓷為代表,因其具有較高的壓電性能,而受到廣泛的關注,本文將采用傳統(tǒng)的固相燒結法,通過添加新組元以及離子摻雜兩種方式對PNN-PZT基壓電陶瓷進行改性,具體內容如下:(1)首先以PMS-PNN-PZT四元系壓電陶瓷為研究對象,通過優(yōu)化PMS與PNN-PZT之間的比例,找到性能最佳的陶瓷配方。研究發(fā)現,PMS-PNN-PZT陶瓷具有非常明顯的介電弛豫行為,且PMS系可以顯著降低體系的介電損耗值,當PMS含量為1 mol%時,陶瓷壓電性能最佳:d33=725 p C/N、kp=0.57、εr=5930、tanδ=0.654%、γ=1.9937、Tc=130℃,并以此為基礎配方,對壓電陶瓷體系進行摻雜改性研究;(2)研究等價離子氧化物Sr CO3對PMS-PNN-PZT基壓電陶瓷相結構、微觀形貌、壓電性能以及介電性能的影響。研究發(fā)現,摻雜Sr2+有助熔作用,適量的摻雜有助于晶粒的生長,促進晶粒長大,提高壓電性能,當Sr CO3含量為1 mol%時,具有最佳性能:d33=818 p C/N、kp=0.61、εr=6998、tanδ=0.905%、γ=1.9076、Tc=115℃。并在上述實驗最佳結果的基礎上,進一步添加La2O3,通過對比可以發(fā)現,摻入La3+明顯降低了體系的壓電性能;(3)研究低價離子氧化物Co2O3對PMS-PNN-PZT基壓電陶瓷相結構、微觀形貌、壓電性能以及介電性能的影響。研究發(fā)現,所有樣品均呈單一鈣鈦礦結構,當Co2O3摻雜含量為0.4 wt.%時,樣品具有最佳的電學性能值:d33=768 p C/N、kp=0.63、εr=6011、tanδ=0.8%、γ=1.9399、Tc=131℃;(4)研究高價離子氧化物Ta2O5對PMS-PNN-PZT基壓電陶瓷相結構、微觀形貌、壓電性能以及介電性能的影響。研究發(fā)現,適量的摻雜有益于晶粒的生長,提高陶瓷的致密性,當Ta2O5的摻雜含量為0.4 wt.%時,體系壓電性能最佳。通過鐵電性能分析,此時樣品剩余極化強度達到最大,且矯頑場較小,鐵電性能達到最佳。綜上,最佳性能值分別為:d33=805 p C/N、kp=0.66、εr=6838、tanδ=1.4%、γ=1.9618、Tc=118.5℃、Pr=21.91μC/cm2、Ec=3.652 k V/cm。
【學位授予單位】：貴州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ174.75
【圖文】：

1.1.1 壓電效應壓電陶瓷是一種具有機械能和電能相互轉換的多晶體材料，已成為 21 世紀重要的信息功能材料之一[1-3]。19 世紀 80 年代初居里兄弟通過對電氣石以及石英施加應力時，產生了電荷，進而發(fā)現了壓電性。隨后，他們又發(fā)現了逆壓電效應。當對壓電陶瓷施加外應力時，其表面會發(fā)生收縮形變現象，使得壓電陶瓷內部的剩余極化強度降低，內部表面束縛電荷減少，多余的自由電荷出現在壓電陶瓷的兩端，就會出現放電現象[4]，如圖 1-1（a）所示。這種由“壓”產生“電”的效應稱作正壓電效應，即機械能向電能的轉化。當對壓電陶瓷施加一個沿極化方向的電場時，陶瓷的剩余極化強度會出現相應的變化，其表面產生伸縮形變，如圖 1-1（b）所示。這種由“電”產生“伸縮”的效應稱作逆壓電效應，即電能向機械能的轉化[5]。

NN-PZT 體系[25-28]具有較高的彌散系數值，陶瓷的介電弛豫程鐵電體來說，彌散系數 γ 值可通過修正的居里-外斯（Curie-擬合得出：1 1 =( ) , T ≥ Tm, 1 ≤ γ ≤ 2 (1-8)，m為介電常數的最大值；Tm為m所對應的溫度，單位用℃-Weiss 常數。（P-E 曲線）強的交變電場作用下，鐵電體的極化強度 P 隨外電場呈非線性度范圍內，極化強度（P）表現為電場（E）的雙值函數，并表個 P-E 曲線被稱之為電滯回線，如圖 1-2 所示。從電滯回線能電體的自發(fā)極化強度（Ps），剩余極化強度（Pr）以及矯頑場小。

第一章 緒論鉛壓電陶瓷壓電陶瓷中最具代表性的是鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，化學)O3（簡稱 PZT），在 20 世紀 50 年代，被美國學者所發(fā)現、介電、熱釋電及鐵電性能而廣泛應用在生產生活中各個體 PbTiO3以及反鐵電體 PbZrO3結合形成的二元固溶體。典型的鈣鈦礦結構壓電陶瓷，其通式為 ABO3，如圖 1-3 BO3結構中的 A 位，Zr4+和 Ti4+共同占據在 B 位上。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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相關碩士學位論文 前2條

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本文編號：2746544