摘要：钙钛矿无铅纳米功能电介质由于其优异的机电耦合性能成为高电压新技术领域研究热点。与商用铅基压电陶瓷相比,铌酸钾钠基(K0.5Na0.5NbO_(3),简称KNN)压电陶瓷是一种环境友好型新型电工基材,具有高居里温度、低应变迟滞及低驱动极化场强等优点。但相比于其他无铅钙钛矿功能电介质,KNN压电陶瓷电致应变及其温度稳定性较差限制了KNN基压电陶瓷的工程应用。基于此,首先详述了压电材料的机电耦合原理。然后从正、逆压电效应出发,系统归纳了无铅压电基材在电气工程中的应用现状。同时重点从多参数优化协同改性的观点出发,详细阐述了通过元素掺杂、第二相复合、热处理、新型制备工艺等方法协同改善KNN基陶瓷电致应变及其温度稳定性改性的研究进展。最后提出了亟待解决的问题及未来发展方向,包括:开发高机电耦合性能及温度稳定性的新型压电材料、探索KNN基陶瓷相结构、畴结构诱导机制、多机制协同改性工艺研发、压电器件抗老化性能研究等,期望对新型压电电介质设计提供参考。

摘要：压电陶瓷材料因具有优异的机电转换特性而被广泛应用,主要分为铅基压电陶瓷和无铅基压电陶瓷。然而,铅基压电陶瓷因含有高浓度的重金属铅而对环境损害极大,目前世界各国均已立法限制其应用。因此,环境友好型的无铅压电陶瓷成为学者的研究重点。其中,铌酸钾钠(KNN)基陶瓷因含有较大的压电系数、较高的居里温度,且通过适当的成分设计和晶体相位调整,在多晶型相界处可获得最佳电学性能,有的甚至可与锆钛酸铅(PZT)相媲美,从而备受人们的青睐。但对于在多晶型相界处可获得最佳电学性能的物理机理并未明确,同时多晶型相界不易调控以及KNN基陶瓷自身K、Na元素易挥发,对其电学性能产生了严重影响。本文以离子取代、添加新组元和添加烧结助剂为切入点,论述KNN基陶瓷的掺杂机理和烧结特性,讨论A位掺杂、B位掺杂以及A、B位共掺对KNN陶瓷晶体结构的影响,重点论述三方相-正交相(R-O)、正交相-四方相(O-T)或三方相-四方相(R-T)共存与高压电性的物理机制,总结KNN基无铅压电陶瓷的发展。其中,在离子取代基础上添加新组元化合物,更加有利于构建多相共存的微观相结构;同时,开发的烧结助剂可有效地解决KNN基陶瓷烧结性能较差的问题。综上可知,KNN基无铅压电陶瓷在取代PZT基压电陶瓷材料方面具有极大潜力。

摘要：具有优异储能特能及温度稳定性的电介质电容器是电子工业的理想选择。可用于脉冲功率系统的无铅弛豫铁电陶瓷电容器在低电场条件下表现出较低的有效储能密度(W_(rec))。为了解决这一问题,采用传统固相法设计并制备了Ba_(0.105)Na_(0.325)Bi_(0.325)Sr_(0.245)TiO_(3+x)%K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)(BNBST-x%KNN,摩尔分数,x=0、2、4、6、8、10、12)陶瓷,研究了不同KNN掺杂量对BNBST陶瓷的相结构、微观形貌、介电性能、储能特性和充放电特性的影响规律。结果表明:当x=6时,在较低电场(@140 kV/cm)下即可获得较大的有效储能密度(W_(rec)=1.8 J/cm^(3))和较高的储能效率(η=86%)。同时,BNBST-6%KNN陶瓷在–8~215℃的宽温度范围内获得了3128±15%(@1 kHz)的高介电常数,并在80 kV/cm,20~180℃,10000次电循环等条件下,其电储能均保持良好的温度、频率稳定性与抗疲劳特性。此外,BNBST-6%KNN陶瓷的功率密度P_(D)、放电密度W_(d)在20~140℃温度区间内均能维持良好的温度稳定性,说明其可作为低电场驱动高储能密度脉冲功率电容器制作的候选材料。

摘要：压电陶瓷材料作为一类重要的高技术新材料,对我国国民经济和国防建设具有重大战略意义.目前市场上大量使用的是以锆钛酸铅(PZT)为主的有铅压电陶瓷,该类陶瓷虽然电学性能优异、廉价易制取、可实现大规模工业化生产,但其中含有大量的Pb元素,会对人体健康和生态环境造成极大危害.随着可持续发展战略的提出和人们对生态环境保护的日益关注,可见PZT陶瓷已经不符合环境友好的需求,能否找到一种电学性能和PZT陶瓷相媲美甚至更优异的无铅压电陶瓷材料,成为了各国学者争相研究的热点问题.我国肖定全教授早在1998年就提出"环境协调性铁电压电陶瓷"的概念.在各级项目的大力资助下,取得许多非常重要的进展,使得我国科学工作者在国际无铅压电材料研究领域占有重要地位.结合作者自己的科研工作,重点阐述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的相界设计,并提出一类新型相界设计新思路,极大提升该类陶瓷的压电性能.结合自己近年的相关工作和国内外研究进展,就其发展现状进行客观的分析,并对其面临的机遇与挑战提出一些自己的看法.

摘要：该文采用传统固相法制备(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3,(K_(0.5)Na_(0.5))(Nb_(0.92)Sb_(0.08))O_3和(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-0.4mol%MnO_2无铅压电陶瓷,研究该类陶瓷的组分与致密度的关联。同时,研究不同烧结温度、离子取代以及氧化物添加对该类无铅陶瓷微观结构的影响。研究结果表明:对于(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3无铅压电陶瓷,适当提升烧结温度能够有效提升其致密度;锑的引入能够有效降低陶瓷的晶粒尺寸,从而有效提升其致密度;作为助熔剂MnO_2的添加,陶瓷的致密度也会明显提升。因此,组分改性有助于提升铌酸钾钠无铅压电陶瓷的致密度。

摘要：采用传统固相法制备了[(Na0.5K0.5)1-3xLaxNbO3,0≤x≤0.04]无铅压电陶瓷,研究掺杂氧化镧La2O3对铌酸钾钠(Na0.5K0.5)NbO3(NKN)无铅压电陶瓷性能影响。使用SEM、XRD并结合常规性能测试手段对该体系的显微结构、压电性能进行了表征。实验结果表明:对于(Na0.5K0.5)NbO3无铅压电陶瓷,在La2O3掺杂后,密度添现下降趋势,压电性能呈现上升趋势。

摘要：压电陶瓷是实现机械能与电能相互转换的重要功能材料。目前,以锆钛酸铅(PZT)为代表的铅基压电陶瓷因具有优异的综合电学性能被广泛用于传感器、执行器和换能器等许多商业高科技电子产品。然而,金属铅的毒性以及易挥发性会对生态环境造成极大损害。近年来,许多国家已立法限制使用含铅的电子产品。因此,压电陶瓷无铅化成为国内外学者的研究重点。而在各类无铅压电陶瓷中,铌酸钾钠(KNN)基无铅压电陶瓷因具有优异的压电、介电性能和较高的居里温度,被认为是取代铅基压电陶瓷的理想材料之一。多年来,研究者通过调节K/Na比、离子掺杂、添加新组元等方式构建室温下KNN基陶瓷多相共存相界(如准同型相界(MPB)或多晶型相界(PPB))。多相共存相界下各个相势垒较低,极化方向增加,电畴易发生翻转,从而使陶瓷产生高的压电效应。目前,KNN基无铅压电陶瓷因具有纳米级三方相(R)-正交相(O)-四方相(T)三相共存相界,其压电性能已超过某些铅基压电陶瓷。超高的压电性能来源于新型相界(NPB)的构建。结合近年来相关文献,本文以相界作为出发点,综述了国内外KNN基无铅陶瓷中MPB、PPB以及NPB的最新研究进展;重点阐述了陶瓷体系成分和晶粒尺寸对构建相界以及调控压电性能相关文献的最新报导;分析了KNN无铅压电陶瓷在相界研究方向上面临的问题并展望其前景。以此为开发高性能无铅压电陶瓷提供参考。

摘要：针对创伤、炎症和肿瘤等导致的骨缺损这一修复和重建难题,围绕铌酸钾钠无铅压电陶瓷骨架多孔结构设计的问题开展研究。多孔结构的性能与孔洞形状密切相关,为探明不同孔洞形状对铌酸钾钠陶瓷骨架多孔结构力学性能的影响,采用COMSOL Multiphysics有限元软件对孔洞形状不同的多孔结构建立三维模型并进行静力模拟,分析在受压条件下不同多孔结构力学性能的变化规律。研究结果表明:孔洞截面形状不同时,正方形孔洞结构体压缩时的力学性能优于圆形孔洞结构体和三角形孔洞结构体;截面正方形孔洞数量不同时,截面为16个正方形孔结构体的压缩性能优于截面为25和36个正方形孔结构体。

摘要：目的 研究A位非化学计量比对具有两相共存结构的KNN陶瓷结构和性能的影响,对于KNN基无铅压电陶瓷的设计具有重要的指导意义。方法 采用固相法制备0.985K_(0.5)+xNa_(0.5)+xNbO_(3)-0.015Bi(Sc0.75Co0.25)O3(简称K_(0.5)+xN_(0.5)+xN-BSC,x=0,0.002 5,0.005,0.007 5,0.01,0.012 5,0.015,0.02 mol%)陶瓷。研究了K+,Na+的含量对K0.5+xN0.5+xN-BSC陶瓷密度、微观结构、相结构和电性能的影响。结果 K_(0.5)+xN_(0.5)+xN-BSC陶瓷的密度随烧结温度的升高先增大后减小,1 170℃为各组陶瓷的最佳烧结温度,且x=0.007 5时K_(0.5)+xN_(0.5)+xN-BSC陶瓷密度最大,ρmax=4.37 g/cm^(3)。XRD结果表明具有不同K+,Na+含量的K_(0.5)+xN_(0.5)+xN-BSC陶瓷均为纯钙钛矿结构,随K^(+),Na^(+)含量增加,陶瓷的相结构由正交四方混合相转变为四方相。SEM结果表明K0.5+xN0.5+xN-BSC陶瓷晶粒尺寸随着x含量的增加而增加。当x=0.007 5时,K_(0.5)+xN_(0.5)+xN-BSC陶瓷颗粒呈规则立方状,尺寸均匀,排列致密。电性能测试结果表明,K_(0.5)+xN_(0.5)+xN-BSC陶瓷的介电性能、压电性能随x含量的增大均呈现出先升高后降低的趋势。当x=0.007 5,烧结温度为1 170℃时,K_(0.5)+xN_(0.5)+xN-BSC陶瓷电性能较好:TC=360℃,εr=5 860(100 kHz),tanδ<5%(100 kHz),d33=190 pC/N,Kp=41%。结论 随着钾钠比值的增大,陶瓷趋于形成更稳定的四方相结构,陶瓷的电性能指标先升高后降低。

摘要：分析了（K0.5Na0.5）NbO3（简写为KNN）基陶瓷压电性能温度稳定性差的原因,结合KNN固溶体的相图,提出了解决KNN基陶瓷压电性能温度稳定性差的新方法.为了验证此方法的可行性,设计了0.9（K1-xNax）NbO3-0.06LiNbO3-0.04CaTiO3（简记为KNLN？CaTiO3）陶瓷.系统研究了KNLN－CaTiO3陶瓷的结构和性能.实验结果表明：KNLN-CT（x=0.54）陶瓷在宽阔的温度范围（25－320℃）内表现出良好的温度稳定性,在x=0.54处获得了相对较高的压电性能（d33=152pC/N）.这个结果证实了我们提出的解决KNN基陶瓷压电性能温度稳定性差的方法是可行的,具有使用价值.