改性PbTiO3压电陶瓷的研究与发展
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几种常见的功能陶瓷内容摘要功能陶瓷是一类在光、电、力、声、化学、生物等方面具有特殊功能性质的材料,由于其众多方面的功能,故功能陶瓷种类繁多,应用广泛。
本文首先详细的对两种常见的功能陶瓷---压电陶瓷、生物陶瓷作了介绍,总结分析了他们的发展历史和现状并预测了他们未来的发展趋势。
随着压电陶瓷组分的改变,机电耦合系数、机械品质因数、弹性系数、压电常数等一系列参数有了重大改善,未来压电陶瓷将朝着复合型、高居里、无铅化几个方向发展,势必成为一种具备优良性能且环保的优秀功能材料。
生物陶瓷具有良好的生物可容性、无毒性、且性能稳定,广泛应用在医学治疗的许多环节,举例介绍了三大类生物惰性、活性、可降解陶瓷,其未来发展趋势是“活的”、复合型、多孔的、纳米级的等等,是绝对优于金属及有机材料的无毒害的功能材料。
之后对其他功能陶瓷的功能与应用做了简要介绍,如超导陶瓷、磁性陶瓷、敏感陶瓷、化学陶瓷。
【关键词】功能陶瓷压电陶瓷生物陶瓷发展历史及现状未来趋势Several Common Functional CeramicsAbstractFunctional ceramics is a kind of material, which has optical,electrical, mechanical, acoustic, chemical and biological propeties. Because of it’s various function, functional ceramics is classified into many categories. This paper firstly introuduces two common functional ceramics-piezoceramics and bioceramics, mainly summrizes their development and research status, then outlines the development prospects. With the change of piezoceramics’ composition, a series of parameters such as electro-mechanical coupling factor, mechanical quality factor, coefficent of elasticity and piezoelectric constant have been significantly improved. The future trend of piezoceramics is composite, high T c and lead-free. The biological ceramics has good biological adaptability, avirulence, and stable property ,so it has widespread application in medical treament, the paper simply introduces three kinds—inert ceramics,active ceramics and degradable ceramics. Bioceramics’ future development trend is “live”, composite, porous, nano-level etc.It is a kind of material without posion, which is much better than metals and organic materials. At last, the article gives a brief introduction of other functional ceramics such as superconducting cramics, magnetic ceramics, sensitive ceramics and chemical ceramics.【Key words】Functional ceramics Piezoelectric ceramics Biological ceramics Development and research status Prospects目录一、前言 (1)二、正文 (1)(一)压电陶瓷 (1)(二)生物陶瓷.....................................................(错误!未定义书签。
压电陶瓷及其应用一. 概述压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体,由于它的生产工艺与陶瓷的生产工艺相似(原料粉碎、成型、高温烧结)因而得名。
某些各向异性的晶体,在机械力作用下,产生形变,使带电粒子发生相对位移,从而在晶体表面出现正负束缚电荷,这种现象称为压电效应。
晶体的这种性质称为压电性。
压电性是J·居里和P·居里兄弟于1880年发现的。
几个月后他们又用实验验证了逆压电效应、即给晶体施加电压时,晶体会产生几何形变。
1940年以前,只知道有两类铁电体(在某温度范围内不仅具有自发极化,而且自发极化强度的发向能因外场强作用而重新取向的晶体):一类是罗息盐和某些关系密切的酒石酸盐;一类是磷酸二氢钾盐和它的同品型物。
前者在常温下有压电性,技术上有使用价值,但有易溶解的缺点;后者要在低温(低于—14 C)下才有压电性,工程使用价值不大。
1942-1945年间发现钛酸钡(BaTiO)具有异常高的介电常数,不久又发现它具有压电性,BaTi O压电陶瓷的发现是压电材料的一个飞跃。
这以前只有压电单晶材料,此后出现了压电多晶材料——压电陶瓷,并获得广泛应用。
1947年美国用BaTiO陶瓷制造留声机用拾音器,日本比美国晚用两年。
BaTiO存在压电性比罗息盐弱和压电性随温度变化比石英晶体大的缺点。
1954年美国B·贾菲等人发现了压电PbZrO-PbTiO(PZT)固溶体系统,这是一个划时代大事,使在BaTiO时代不能制作的器件成为可能。
此后又研制出PLZT透明压电陶瓷,使压电陶瓷的应用扩展到光学领域。
迄今,压电陶瓷的应用,上至宇宙开发,下至家庭生活极其广泛。
我国对压电陶瓷的研究始于五十年代末期,比国外晚10年左右,目前在压电陶瓷的试制、工业生产等方面都已有相当雄厚力量,有不少材料已达到或接近国际水平。
二. 压电陶瓷压电性的物理机制压电陶瓷是一种多晶体,它的压电性可由晶体的压电性来解释,晶体在机械力作用下,总的电偶极矩(极化)发生变化,从而呈现压电现象、因此压电性与极化,形变等有密切关系。
铁电材料BaTiO3的制备及其压电、光伏特性实验报告调研报告一、文献综述1.背景:铁电材料是指具有自发极化,而且在外加电场下,自发极化发生转向的电介质材料,它是热释电材料的一个分支。
铁电材料由于其铁电性、介电性、压电性、热释电效应、热电效应、电光性质等特性,而广泛应用于各个领域(见下表1),如在通讯系统、微电子学、光电子学、集成光学和非机械学等领域有着重要的或潜在的应用,从而引起国内外学者的广泛研究。
表1.铁电薄膜材料的应用铁电薄膜材料根据成分可分为三大类,包括铌酸盐系、钛酸盐系、锆酸盐系,其中典型铁电材料有:钛酸钡(BaTiO3)、磷酸二氢钾(KH2PO4)等,然而BaTiO3是一种强介电化合物材料,它具有很高的介电常数和较低的介电损耗,是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一,它被称作“电子陶瓷工业的支柱”。
同时该材料是最早研究的钙钛矿结构的铁电材料,因此通过对该材料的学习、制备和性能的检测,对铁电材料领域的相关知识的了解有着重要的意义。
前人们对钛酸钡的制备和性能有着很多的研究,目前对钛酸钡材料的研究已经往微型化发展,制备成铁电薄膜材料,同时研究不同的制备方法、元素掺杂等对钛酸钡薄膜材料性能的影响,在这基础上,研究外界条件(外加磁场等)对铁电薄膜材料的物理调控,渐渐的利用其性质应用于器件中(光伏器件、电容器等)。
2.制备方法与结构性质:结构性质:电介质材料按其晶体对称性可分为32种点群,在这32种晶体学点群中,有21种不具有对称中心,其中20种呈现压电效应。
而这20种压电性晶体中的10种具有受热而自发极化现象,因其是受热而引起电极化状态的改变,故这10种晶体又称为热释电晶体。
热释电效应只发生在非中心对称并具有极性的晶体中。
铁电体即使在没有外界电场作用下,内部也会出现极化,这种极化称为自发极化。
自发极化的出现是与这一类材料的晶体结构有关的。
热释电效应热电体内存在未被抵消的电偶极矩,但由于周围的自由电荷,使得其自发极化电场被屏蔽,当温度变化时,极化强度随之变化,而屏蔽电荷跟不上极化电荷的变化,对外表现出热释电性。