镧系稀土氧化物对组成在MPB附近的(Na0.5Bi0.5)1-xBaxTiO3陶瓷结构和电学性能的影响

论文摘要

钛酸铋钠((Na0.5Bi0.5))TiO3,简称NBT)是一种A位复合钙钛矿结构铁电体,其居里温度Tc为320℃,在室温下具有很强的铁电性（Pr=38μC/cm2）,是当前无铅压电陶瓷很有希望的候选材料之一。本论文采用柠檬酸盐法制备了(Na0.5Bi0.5)1-xBaxTiO3（简称NBT-（x）BT）体系无铅压电陶瓷,系统研究了镧系稀土氧化物添加剂对组成在准同型相界（MPB）附近的NBT-（x）BT陶瓷的结构与电学性能的影响及其规律,并结合实验结果探讨了该体系陶瓷的介电弛豫特性、相变特性以及材料的铁电性质对乐电性能的影响与作用。 采用柠檬酸盐法合成与制备了NBT-（x）BT体系陶瓷,对NBT-（x）BT陶瓷的结构和电学性能进行了系统的研究。发现与常规固相法相比,采用柠檬酸盐法可以显著提高NBT-（x）BT体系陶瓷的铁电性能、压电性能及其稳定性。由晶体结构研究确定了NBT-（x）BT体系陶瓷的MPB处于x=0.06～0.10的范围内,并发现三方和四方相的相对含量对MPB附近的NBT-（x）BT组成的压电性能具有很大影响,当相组成处于MPB附近略偏四方一侧时（x=0.07）,陶瓷样品的综合压电性能达到最佳。 研究了La2O3和CeO2对(Na0.5Bi0.5)0.93Ba0.07TiO3体系陶瓷结构与电学性能的影响。研究结果表明,添加La2O3和CeO2对材料的显微结构未产生显著影响,对陶瓷样品的晶体结构影响较大,随着La2O3和CeO2添加量的增加,陶瓷样品中四方相的相对含量逐渐增多。当La2O3的添加量较低时（≤0.2wt%）,陶瓷样品的压电常数d33随La2O3添加量的增加而有所提高,但添加La2O3也使得陶瓷样品的机电品质因子Qm降低、介电损耗tgδ增加,此时La2O3表现出软性添加物的特征。当CeO2的添加量较低时（≤0.2wt%）,随着CeO2含量的增加,陶瓷样品的压电常数d33略有减小,机电耦合系数kp有所增加,介电损耗tgδ趋于减小,机械品质因子Qm呈现增加的趋势,这表明CeO2对陶瓷样品电学性能的影响具有“软”、“硬”双性掺杂的特点,这可能是由于Ce电子结构的特点（容易产生变价）所引起的。当La2O3和CeO2的添加量较高时,金属离子空位数目的增多,削弱了铁电畴的稳定性,使铁电宏畴向反铁电微畴转变,从而导致陶瓷样品的去极化温度Td降低,在室温下陶瓷样品的电滞回线出现变形,压电性能大幅度降低。 研究了(Na0.5Bi0.5)0.93Ba0.07TiO3+0.2wt%Ln2O3（Ln=La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd）体系陶瓷的结构与电学性能。发现在镧系稀土氧化物添加量较小的条件下,陶瓷样品的压电性能主要取决于晶体结构的畸变方式和程度。随着镧系稀土离子半径的减小,陶瓷样品的压电性能呈现出逐渐降低的趋势。

论文目录

• 第一章 前言
• 1.1 无铅压电陶瓷的种类及其研究现状
• 1.1.1 钙钛矿结构无铅压电陶瓷
• 1.1.2 铋层状结构无铅压电陶瓷
• 1.1.3 钨青铜结构无铅压电陶瓷
• 0.5Bi_0.5)TiO₃基无铅压电陶瓷的研究'>1.2 (Na_0.5Bi_0.5)TiO₃基无铅压电陶瓷的研究
• 0.5Bi_0.5)TiO₃基无铅压电陶瓷的结构与相变特性研究'>1.2.1 (Na_0.5Bi_0.5)TiO₃基无铅压电陶瓷的结构与相变特性研究
• 0.5Bi_0.5)TiO₃基无铅压电陶瓷的掺杂改性研究'>1.2.2 (Na_0.5Bi_0.5)TiO₃基无铅压电陶瓷的掺杂改性研究
• 1.3 本论文的研究思路
• 0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃（x=0～0.12）体系陶瓷的合成、结构与电学性能研究'>第二章 (Na_0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃（x=0～0.12）体系陶瓷的合成、结构与电学性能研究
• 0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的合成、制备与测试'>2.1 (Na_0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的合成、制备与测试
• 2.1.1 陶瓷样品的柠檬酸盐法合成与制备工艺
• 2.1.2 结构和电学性能的测试与分析方法
• 0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系粉体的表征'>2.2 (Na_0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系粉体的表征
• 0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的显微结构'>2.3 (Na_0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的显微结构
• 0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的晶体结构'>2.4 (Na_0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的晶体结构
• 0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的拉曼光谱分析'>2.5 (Na_0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的拉曼光谱分析
• 0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的介电性能'>2.6 (Na_0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的介电性能
• 0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的介电温谱'>2.6.1 (Na_0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的介电温谱
• 0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的介电频谱'>2.6.2 (Na_0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的介电频谱
• 0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的压电性能'>2.7 (Na_0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的压电性能
• 2.7.1 组成对陶瓷样品压电性能的影响
• 2.7.2 陶瓷样品的去极化与压电性能的关系
• 0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的铁电性能'>2.8 (Na_0.5Bi_0.5)_1-xBa_xTiO₃体系陶瓷的铁电性能
• 2.8.1 组成对陶瓷样品铁电性能的影响
• 2.8.2 温度对陶瓷样品铁电性能的影响
• 2O₃对(Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃陶瓷结构与电学性能的影响'>第三章 La₂O₃对(Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃陶瓷结构与电学性能的影响
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系粉体的表征'>3.1 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系粉体的表征
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系陶瓷的显微结构'>3.2 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系陶瓷的显微结构
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系陶瓷的晶体结构'>3.3 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系陶瓷的晶体结构
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系陶瓷的拉曼光谱分析'>3.4 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系陶瓷的拉曼光谱分析
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系陶瓷的介电性能'>3.5 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系陶瓷的介电性能
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系陶瓷的介电温谱'>3.5.1 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系陶瓷的介电温谱
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系陶瓷的介电频谱'>3.5.2 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系陶瓷的介电频谱
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系陶瓷的压电性能'>3.6 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系陶瓷的压电性能
• 3.6.1 组成对陶瓷样品压电性能的影响
• 3.6.2 陶瓷样品的去极化温度与压电性能的关系
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系陶瓷的铁电性能'>3.7 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％La₂O₃体系陶瓷的铁电性能
• 3.7.1 组成对陶瓷样品铁电性能的影响
• 3.7.2 温度对陶瓷样品铁电性能的影响
• 2对(Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃陶瓷结构与电学性能的影响'>第四章 CeO₂对(Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃陶瓷结构与电学性能的影响
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系粉体的表征'>4.1 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系粉体的表征
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的显微结构'>4.2 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的显微结构
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的晶体结构'>4.3 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的晶体结构
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的光电子能谱（XPS）分析'>4.4 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的光电子能谱（XPS）分析
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的Raman光谱分析'>4.5 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的Raman光谱分析
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的介电性能'>4.6 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的介电性能
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的介电温谱'>4.6.1 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的介电温谱
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的介电频谱'>4.6.2 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的介电频谱
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的压电性能'>4.7 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的压电性能
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的铁电性能'>4.8 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+xwt％CeO₂体系陶瓷的铁电性能
• 4.8.1 组成对陶瓷样品铁电性能的影响
• 4.8.2 温度对陶瓷样品铁电性能的影响
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+0.2wt％Ln₂O₃（Ln=La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd）体系陶瓷的结构与电学性能'>第五章 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+0.2wt％Ln₂O₃（Ln=La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd）体系陶瓷的结构与电学性能
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+0.2wt％Ln₂O₃体系粉体的表征'>5.1 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+0.2wt％Ln₂O₃体系粉体的表征
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+0.2wt％Ln₂O₃体系陶瓷的的显微形貌'>5.2 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+0.2wt％Ln₂O₃体系陶瓷的的显微形貌
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+0.2wt％Ln₂O₃体系陶瓷的晶体结构'>5.3 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+0.2wt％Ln₂O₃体系陶瓷的晶体结构
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+0.2wt％Ln₂O₃体系陶瓷的Raman光谱分析'>5.4 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+0.2wt％Ln₂O₃体系陶瓷的Raman光谱分析
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+0.2wt％Ln₂O₃体系陶瓷的介电性能'>5.5 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+0.2wt％Ln₂O₃体系陶瓷的介电性能
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+0.2wt％Ln₂O₃体系陶瓷的压电性能'>5.6 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+0.2wt％Ln₂O₃体系陶瓷的压电性能
• 0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+0.2wt％Ln₂O₃体系陶瓷的铁电性能'>5.7 (Na_0.5Bi_0.5)_0.93Ba_0.07TiO₃+0.2wt％Ln₂O₃体系陶瓷的铁电性能
• 第六章 结论
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢