铁电陶瓷的制备及其研究

极 ， ７ ０ 。 银 ３ ｎ 在 ５ Ｃ烧 ０ｍｉ．
采用 ＮＥ Ｓ Ｈ Ｓ ０ Ｃ Ｐ 型综合 热 分析 仪 （ — Ｓ 确 定 钛酸 铋粉 体 的合成 温度 ， 日本 理 ＴＺ Ｃ ＴＡ ４ ９Ｐ ／ Ｇ ＴＧ Ｄ Ｃ） 用
学 Ｄ／Ｍａ －２ ０ ｃ Ｘ射 线衍 射仪 （ Ｄ） 合成 的粉体 进行 物相 分 析 ， 微形 貌采 用 Ｊ ＯＬＪ Ｍ６ ６ ｘ２ ０ ｐ 型 ＸＲ 对 显 Ｅ —Ｓ ４ ０型
作 者简 介 ： 青 菊 （ ９ ３ ） 女 ， 西 省稷 山 县人 ， 宁 １６一 ， 山 副教 授 ， 士 ， 究 方 向 ： 能 材料 的 制备 硕 研 功
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・
５ ・ Ｏ
１０ １ １８ ０ １６ ｏ
原理按 照摩 尔 比分别 取代 Ｔ 进 行 配 料 ， ＴＯ Ｎ（ ｉ Ｂ － 一０ ０ ， ． ５ ０ ０ ，． １ ， 乙醇 为球 磨 介 质 ， 星球 ． ０ ０ ０ ，． ８ ０ １ ） 以 行
磨 ４ｈ 使 原料均 匀混 合 ， ８ ０ ５ Ｃ进行 煅烧 ， 而 合 成 出 Ｂ 。 粉 体 ． ， 在 ５ ￣９ ０。 从 ｉ Ｏ Ｔｉ 由于 在 高 温条 件 下铋 易挥 发 ， 成组分偏 离 ， 响 Ｂ 造 影 ＴＯ陶瓷 的性 能Ｌ ， 此本 实验 中采 取 Ｂ 过量 ５ ． 成后 的粉 体再 经球 磨 、 ７为 ］ ｉ Ｏ。 合 干燥 、 造粒 等处 理 ， 然后 压制成 圆片 （ １ ３ ｍｍ×１ ５ｍｍ） 在 １０ ０ １１ ０ ｏ 成 ， 磨 （ ． ． ， ５ ～ ０ Ｃ烧 打 ０ ５ｍｍ） 涂 电 ，
文 章 编 号 ： ０ ０ ５ １ （ ０ ８）４ ０ ４ — ３ １ ０ — ８ １ ２ ０ ０ —０ ９０
掺 杂 Ｂ ４ ｉ 铁 电陶 瓷 的 制 备及 其 铁 电性 研 究 ｉ ３ ２ Ｔ ｏ

铁电陶瓷材料的应用以及生产工艺之四铁电陶瓷材料，是指具有铁电效应的一类功能性陶瓷材料，它是热释电材料的一个分支。

可用于大容量的电容器、高频用微型电容器、高压电容器、叠层电容器和半导体陶瓷电容器等，可以制作介质放大器和相移器等。

利用其热释电性，可制作红外探测器等。

也用于制造光阀、光调制器、激光防护镜和热电探测器等。

广泛应用于航天、军工、新能源产品。

这里介绍，主要是参考它的加工工艺，比如为固体电解质的加工提供一定的参考。

另一方面是顺便了解一下这特种陶瓷的用途。

室温研磨法固相反应制备铁电陶瓷粉末铁电陶瓷(Ferroelectric ceramics)是主晶相为铁电体的陶瓷材料，具有高的直流电阻率、相对低的电介质损耗角正切(0．1％～7％)、中等介电击穿强度(100～120kV／cm)以及非线性的电、机电、电光学特性，与普通绝缘材料(5～100)相比具有高的介电常数(200—10000)。

铁电陶瓷的优良性能使其广泛应用于工业和商业中，如高介电常数电容器、压电声纳和超声传感器、无线电和信息过滤器、热释电装置、医疗诊断传感器、正温度系数(PTC)传感器、超声马达和电光光阀等。

铁电陶瓷中存在孔隙时会使损耗角正切增大，且一些特殊应用如压电传感器和致动器的机械强度直接与材料的密度有关，因此很多应用中都需要全致密的铁电陶瓷(理论密度>95％)以获得最佳的性能。

铁电陶瓷的密度通常随烧结温度的升高而增大。

然而，含铅、铋铁电材料的烧结温度不宜过高，因为铅、铋易挥发，而且高温也会导致晶粒反常长大，损害铁电陶瓷的性能。

而目前主要使用细或超细粉末及辅助烧结来降低铁电陶瓷的烧结温度。

因此，制备致密且晶粒大小适当的铁电陶瓷尤其重要，探讨新的铁电陶瓷粉末的制备方法具有重要意义。

铁电陶瓷粉末的制备方法A：常规制备方法材料的性能与其加工方法密切相关，故铁电陶瓷粉末的合成方法对铁电陶瓷的显微结构、电学和光学性能有很大影响。

对氧化物原料进行固态反应可合成铁电陶瓷粉末，但由于晶粒相对粗大，因而需要较高的烧结温度来获得目标成分和预期性能的铁电陶瓷。

Ｏ ｔ ｓ Ｏ ｔ ａ Ｉｆｒ ａｉ ， ａ ｇ ｏＳ ａｎ ｉ ７ ６ ０ ） ｐｉ ＆ ｐｉ ｌ ｎｏ ｔ ｎＳ ｎｌ ，ｈａ ｘ ２ ０ ０ ｃ ｃ ｍ ｏ ｈ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔＢｉ ｅ ｉ ｔｐ ｃ ｌ ｓｒ ｃ ： Ｆ Ｏ３ ｓ ａ ｙ ｉａ ｍｕ ｉ ｒｏｃ ｈ ｆ ｒ ｉ ｍａ ｅｉ １ ａ ｄ ｔ ａ ａｔ ｃ ｅ ｅ ｔ ｎ ｉｅ ａ ｔｎ ｉ ｎ ０ ｌ ｅ ｔｒ ． ｎ ｉ ａ ｈ ｓ ｔ ａ ｔｄ ｘｅ ｓｖ ｔ ｔ ｆｒ ｔ ｅ ｒ ｅ ｏ １
ｃ ｅ ｉｔｎ ｅ ｏ ｇ ｅ ｉｍ ｎ ｅ ｒ ｅ ｅ ｔｉ ｉ ｔ ｌ ｏ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｎ ｎ ｅ ｓｖ ａ ｐ ｉａ ｉ ｎ ｉ ｅ ｔｐ ｏ ｘ ｓｅ ｃ ｆｍａ ｎ ｔ ｓ ａ ｄ ｆ ｒｏ ｌｃｒｃ ｔ ａ ｏ ｍ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ａ ｄ ｉ ｔ ｎ ｉｅ ｐ ｌｃ ｔｏ ｎ ｎ ｗ ｙ ｅ ｙ
（ 商洛学院物理与电子信息工程系 ， 商洛学院量子光学与量子信息研究所， 陕西商洛 ７６ ０ ） ２ ００
摘 要 ：ｉｅ ３ Ｂ Ｆ Ｏ 是一种 典型 的铁磁 电材料 。 因在 室温下 同时具有铁 电性 与磁性 而在 新型存
储 器件 、 电传 感器和 自旋 电子 器件 等方 面具有 很 大的应 用前 景 ． 们从 理论 和 实验上 不 断 磁 人
化、 高速 、 大容 量 的 关键 在 于制 备这 些 器件 的铁
磁 电耦材料 性能 。 了满足制 造新一代 记忆存 储 为 器件 需要 ， 促使 人们 寻找性 能更 强的铁 磁 电耦合
体材 料 ， 通过各 种途 径研制 得 到所 希 望的功 能 并 材料 。目前研 究较 多 的是 具有铁 电、反） （ 铁磁耦 合
ｍｅ ｒ ｅ ｉ ｅ ，ｍａ ｎ ｔｅ ｅ ｔ ｃ ｓ ｎ ｏｓ ａ ｄ ｓ ｉ ｔ ｎ ｃ ｅ ｉｅ ｎ ｔ ｅ ｆ ｔ ｒ ． ｒ ｅ ｏ ｃａ ｉ ｈ ｅ ｍｏｙ ｄ ｖｃ ｓ ｇ ｅ ｏ ｌｃ ｒ ｅ ｓ ｒ ｎ ｐ ｎ ｒ ｉｓ ｄ ｖ ｃ ｓ ｉ ｈ ｕ ｕ ｅＩ ｏ ｄ ｒｔ ｌｒ ｙ ｔ ｅ ｎ ｗ ｉ ｏ ｎ ｆ ｐ ｏ ｒ ｓｅ ， ｖ ｅ ｆ ｏ ｓｉ ｎ ｎ ｅ ｎ ｔ ｎ ｌａ ｈ ｅ ｅ ｎ ｓｉ ｅ Ｂ Ｆ Ｏ － ａ ｅ ｅ ｒ ｍａ ｎ ｔ ｅ ａ ｃ ｒ ｇ ｅ ｓ ｓｒ ｉｗｓｏ ｍｅ ｔ ａ ｄ ｉ ｔ ｒ ａ ｉ ａ ｃ ｉｖ ｍｅ ｔ ｎ ｔ ｉ ｅ ３ ｂ ｓ ｄ ｆｒｏ ｇ ｅｉ ｃ ｒ ｍｉｓ ｅ ｄ ｃ ｏ ｈ ｃ ｐ ｅ ａ ａ ｉｎ ， ｅ ｆｒ ａ ｃ ｓａ ｄ ｏ ｅ ｅ ｅ ｒ ｈ ｗ ｒ ｓｆ ｌ ｓａ ｅ ｓｕ ｉｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｎ ｌ ｓｓｅ ｉｔ ｇ ｄ ｔｓ ｒ ｐ ｒ ｔ ｓｐ ｒｏ ｏ ｍ ｎ ｅ ｎ ｔ ｒｒ ｓ ａ ｃ ｏ ｋ ｅｄ ｒ ｔ ｄ ｅ ，ａ ｅ ｎ ａ ａｙ ｉ ｘ ｓｉ ａａ ． ｈ ｉ ｎ Ｋｅ ｒ ｓ ｍｕ ｔ ｅ ｒ ｉ ｅ ａ ｃ ； ｉ ｅ ３ ｏｉ ｏ ｕ ｉｎ ； ｇ ｎ ｔ ｅｅ ｔ ｅ ｅ ｆｃ ｙ ｗｏ ｄ ： ｌ ｆ ｒｏｃ ｃ ｒ ｍｉ ｓＢ Ｆ Ｏ ； ｌ ｓ ｌ ｔ ｓ ｉ ｓ ｄ ｏ ｍａ ｅｏ ｌ ｃｒ ｆ ｔ ｉ ｅ

关 键 词 ： 部分 化 学法 ；反铁 电陶 瓷 ；电致 应变
中圈 分 类号 ：Ｔ ０ Ｎ３ ４
文献 标识 码 Ａ
１ 引 言
在 温 度 、电场 和 应 力 的诱 导 作用 下 ，掺 Ｎｂ的 Ｐ （ ｒ Ｓ ． Ｏ ３反 铁 电陶 瓷 （ Ｎ Ｓ ）中 ｂＺ ， ｎ Ｔ Ｏ Ｐ ＺＴ
会发生从 反铁 电相 （ Ｐ ） Ａ Ｅ 到铁 电相 （Ｅ 的相变过程，这种相变所产生的结构变化会使得 材 Ｆ） 料 的热 容 、电荷 、极化 强 度 、晶胞 体 积等 发 生非 线性 变 化 ｌ Ｊ早 在 六 十 年 代 ， Ｂ ｒｎｏｒ １ ｅｌ ｃｕｔ ｉ
采用 流延 法成
预 烧条 件下形 成钙钛矿 晶相 结构 ，经 行星球 磨后获 得亚微 米级粒 度分 布的 粉体
型 在 １０。 ／ｈ的烧 结条 件 下获得 了相 对密度 ＞ ７ ．晶 粒大 小约 为 ４ ｍ 的 样品 １０Ｃ ４ ９％
在组 成
为 Ｐ ａ ￣ ｂ 【 ｒ ８ｎ ｔ ｉｏ ８ ３的系列 样 品中，随 Ｔ 含量增 加，样 品出 现从 反铁 电 ｂ Ｎ ｏ ２ Ｚｏ Ｓ ｏ ） Ｔ ｏ ９ ０（ ４一 】９ ｉ 态 向铁 电态转变 的趋 势．在 ｙ ０ ６ ＝ ． 的配 方 中．在 ６Ｖ ｍ 场 强下测得 了 Ｏ３％ 的纵 向应变 ． ０ ｋ ／ｍ ３
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第 １ ７卷 第 ３期 ２０ ０ ２隹 ５月
无
机
材
料
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报
Ｖ０ １ Ｎｏ ３ ｌ ７ Ｍ ａ ．２ ０ Ⅳ ０２
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎ ｒ ａ ｉ ａ ｅ ｉ ｌ ｏ ｒ ａ ｆＩ ｏ ｇ ｎ ｃ Ｍ ｔ ｒａ ｓ
文章编号： ００ ２Ｘ ２０）３ ５５ ６ １０— ４ （ ２０・ １— ３ ０ ０ ０

2 2 B11 x12 B22 x2 B33 x3 1
电光效应反映的是电场引起折射率变化，也即是引起折射 率椭球的形变和转动，可表示为
Bmn rmnp E p Rmnpq E p Eq
rmnp
－－线性电光系数，三阶对称张量
只有非中心对称的晶体才具有线性电光效应
Rmnpq －－二次电光系数，四阶对称张量
电控可变光散射效应：――粗晶材料（约大于3微米） • 大的电畴形成散射中心――改变透光率――图象存贮
• 电控可变表面形变效应：――细晶和粗晶材料――三
方晶相PLZT陶瓷――局部畴反转产生局部应变，使表
面形变――陶瓷表面光的衍射和散射。
电光应用
• 电控光阀
• 电控光谱滤色器 • 电光调制 • 图像存储
3.5 透明铁电陶瓷
1 铁电陶瓷的电光效应
光频介电常数
n
2...
一次电光效应，也称线性电光效应(Pockels效应)----介 质的光频介电常数（或折射率）与偏置电场成正比 二次电光效应（又称Kerr效应）－－介质的光频介电 常数（或折射率）与偏置电场的二次方成正比
• 在 PLZT 中 ， 不 同组成表现出不同 的电控双折射行为 ―― 分别表现出记 忆、线性、二次方 效应。
• 记忆特性――方形电滞回线 • 线性电光效应――一次电光效应――n E n = -(1/2) n13rcE3 , rc-- 一次电光系数 二次电光效应――n E2 n = -(1/2) n13RE32，R――二次电光系数
10 X10-12m/V
• PLZT陶瓷－－电光效应可通过改变组分加以控制
铁电陶瓷的电光效应
• 电控双折射效应
n ne no
• 电控光散射效应

的理论，新型压电材料不断出现，各种压电器件广泛用于各个技术领域，而压电 陶瓷则是这个领域中的一个重要分支【ｌ】。到目前为止，压电陶瓷材料已成为导航、 电声、水声、超声、医疗、激光、高压、通航、生物等各技术领域不可缺少的重 要功能材料，并已发展成为新兴的高技术产业。 在实用化压电陶瓷材料中，含铅系压电陶瓷占主导地位，其烧结温度大都在
ｄｒｏｐ．Ｔｈｅ
ｓａｍｐｌｅｓ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ａｔ ｒｏｕｇｈ １ ０００℃，ｂｕｔ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｈａｄ ｂａｄ ｄｅｃｌｉｎｅ．Ｂｖ ｔｈｅ ｖｉｅｗ ｏｆ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｔｈｅｙ ｂｏｔｈ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ． Ｂｙ ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｏｘｉｄｅ ｄｏｐｉｎｇ，ｔｈｅ ｎｅｘｔ ｓｔｅｐ，ｔｈｅ ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ
Ｗ０３
ａｎｄ
ＣｕＯ
ｗｅｒｅ
ａｄｄｉｔｉｏｎｅｄ
ｏｎ
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ
ｔｏ
ｔｈｅ
ＰＭＳ－ＰＮＮ—ＰＺＴ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｅｒａｍｉｃｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ
ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ
１２００＂－＂１３００℃。由于高温时ＰｂＯ挥发严重，导致化学计量比偏离，性能下降，且
污染环境。目前常用的埋粉法、密封烧结法、气氛片法、过量ＰｂＯ法等只是为了 保证配方中的化学计量比不变，不能从根本上消除ＰｂＯ挥发。抑制ＰｂＯ挥发积极

钛酸铋钠基类反铁电陶瓷的组成设计与低场储能性能研究钛酸铋钠基类反铁电陶瓷的组成设计与低场储能性能研究摘要钛酸铋钠基类反铁电陶瓷（BNT-BT）是一种具有极高再极化温度和优异储能性能的材料。

本研究旨在通过组成设计和性能研究来优化BNT-BT材料的储能性能。

通过传统的固态反应法合成了一系列BNT-BT陶瓷样品，通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDX）对样品进行了表征，基于P-E弛豫回线测试和储能性能分析，对BNT-BT材料的组成和低场储能性能进行了研究。

关键词：钛酸铋钠基类反铁电陶瓷，组成设计，低场储能性能，固态反应法，P-E弛豫回线1. 引言近年来，随着电子设备和电力系统的快速发展，对高性能储能材料的需求日益增加。

钛酸铋钠基类反铁电陶瓷作为一种具有很高储能密度和较低电致应变的材料，成为了储能领域的研究热点之一。

然而，尽管BNT-BT陶瓷材料已经取得了一定的进展，但其储能性能与商业化电容器还存在一定差距。

因此，通过组成设计和性能研究，进一步优化BNT-BT材料的性能，提高其低场储能性能具有重要意义。

2. 实验方法2.1 样品制备在本实验中，采用传统的固态反应法合成了一系列BNT-BT陶瓷样品。

将相应的氧化物粉末按照化学计量比例混合，并在1200°C进行煅烧。

通过调整BNT和BT的摩尔比例，得到不同组成的BNT-BT陶瓷样品。

2.2 样品表征通过X射线衍射（XRD）对样品进行表征，分析样品的晶体结构和相纯度。

通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDX）对样品的形貌和元素组成进行表征，分析样品的微观结构和组成。

2.3 性能测试通过P-E弛豫回线测试对样品的电致应变性能进行测试，通过储能性能分析对BNT-BT材料的储能密度和损耗因数进行测试，以评估其低场储能性能。

3. 结果与讨论通过XRD分析发现，所有样品均具有钙钛矿结构，并且样品中的杂质相相对较少。

件 、 存 贮 显 示 器 件 ， 现 出 广 泛 的应 用 前 景 【 。 光 展 １ 在 铁 电材 料 蓬 勃 发 展 的 今 天 ， 们 对 铁 电 材 料 人 的 研 究 主 要 集 中 在 新 材 料 体 系 的 开 发 、 有 材 料 的 现 改 性 （ 要 是 掺 杂 改 性 ） 及 提 高 其 使 用 性 能 。对 主 以 Ｂ ｉ ｉ 。 Ｔ Ｏ 铁 电材 料 的 掺 杂 改 性 就 是 其 中之 一 。早 期
Ａ ｔ ｄ ｆ Ｆｅ ｒ ｅ ｅ ｔ ｉ （ ４ ， ＴｉＯ ｌ Ｃｅ ａ ｉ ｏ ｅ ｔｅ Ｓ ｕ ｙ ｏ ｒ ｏ ｌ ｃ ｒｃ Ｂｉ一 Ｌａ ） ３ ２ ｒ ｍ ｃ Ｐｒ ｐ ｒ ｉ ｓ
Ｓ ＨＥＮ ｎ， ＡＯ ｎ — ｕ ｎ， Ｌｉ ＸＩ Ｄｉ ｇ ｑ ａ ＹＵ ｉ ＺＨＵ ｉｎ ｇ ｏ， Ｐ ｎ， Ｊ ａ — ｕ ＧＡＯ ｏ ｊａ ｇ Ｄａ — ｉ ｎ
（ ｐ ｆ Ｍ ａ ｅ ｉ ｌＳｃｅｎ ｅ． ｃ ｕａ Ｄｅ ｔ ｏ ｔ ｒａ ｉ ｃ Ｓｉ ｈ ｎ Ｕｎｉ ｅ ｓ ｔ Ｃｈ ｎ ｕ ６ ０ ４． ｉ ） ｖ ｒ ｉｙ． ｅ ｇｄ １ ０６ Ｃｈ ｎａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｌａ ｍ ｏ ｉｉｄ （ ４ ， ） ３ ａ ｂ ｅ ｉｔ ｄ ａ Ｂ ｓｒｃ ： ｄ ｆｅ Ｂｉ一 Ｌａ ＴｉＯ１ （ ｂ ｒ ｖ ａ ｅ ｓ ＬＴ ）ｐ ｗｄ ｒ ｗａ ｒ ｐ ｒ ｄ ｂ ｌＧｅ ｔ ｏ ｎ ２ ｏ ｅ ｓ ｐ ｅ ａ ｅ ｙ Ｓｏ — ｌ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｄ
ｔ ｒ ｆ １ Ｏ Ｃ ｆ ｒ １ ｎ ｔ ｓ Ｔｈ ｉｌ ｃ ｒｃ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｏ ｕ ｅ ｏ ２ 。 ｏ ５ ｍｉ ｉ ． ｅ ｄ ｅ ｅ ｔ ｉ ａ ａ ｔ ｒ ｆＢＬＴ ｅ ａ ｃ ｒ ￡ ４ ５ １ ｋＨｚ ，ａ 一 ０ ０ １ ｋ ｅ ｃ ｒ ｍｉｓ ａ ｅ： 一 ２ （ ）ｔｎ ． ５（ Ｈｚ） ．

草酸盐沉淀法制备铁电陶瓷
草酸盐沉淀法是一种常见的用于制备铁电陶瓷的方法。

这种方法通过
将铁离子和钛离子溶液中的草酸盐共沉淀来得到铁电陶瓷材料。

具体的实验过程如下：首先将铁离子和钛离子的溶液混合并搅拌均匀，然后加入一定量的草酸盐溶液，继续搅拌。

由于草酸盐的加入，溶液
中的铁离子和钛离子开始形成共沉淀。

在搅拌过程中，将反应体系加
热至一定温度，使共沉淀物逐渐变成固体。

最后，用去离子水将固体
颗粒洗涤干净并干燥，即可得到铁电陶瓷材料。

草酸盐沉淀法制备铁电陶瓷具有以下优点：成本低廉、制备过程简单、制备速度快、制备的铁电陶瓷具有较高的电学性能等。

同时，这种方
法也存在一些缺点，如所制备的铁电陶瓷晶粒较大、成品的化学纯度
略低等。

为了克服这些缺点，研究人员还对草酸盐沉淀法进行了改进，如改变
搅拌速度、控制反应温度和时间等，从而进一步提高制备的铁电陶瓷
的性能。

总之，草酸盐沉淀法是一种比较简单、易行、低成本的铁电陶瓷制备
方法，但为了得到更高质量的铁电陶瓷材料，需要对制备过程进行优化和改进。

§1.5 铁电陶瓷的应用
• 铁电陶瓷一般具有如下特性： ）higher dielectric constants (K = 200-10000) than ordinary insulating substances ( K= 5-100), making them useful as capacitor and energy storage materials. ）relatively low dielectric loss (0.1%-5%) ）high specific electrical resistivity ( > 1013 -cm) ）moderate dielectric breakdown strengths (100-120KV/cm for bulk and 500-800kV/cm for thin films) ）nonlinear electrical behavior (hysteresis loop) which results in an electrically variable dielectric constant ）electromechanical and electrooptic properties
U
+22 to -56
V
+22 to -82
III 类: 半导型陶瓷电容器--晶界层电容器 • 半导化SrTiO3, BaTiO3等陶瓷材料
陶瓷电容器的种类:
• 薄膜电容器 (Thin-Film Capacitors) • 厚膜电容器 (Thick-Film Capacitors) • 园片电容器 (Single-Layer Discrete Capacitors) • 多层电容器（Multilayer Ceramic Capacitors, MLCC） • 阻挡层电容器 （Barrier-Layer Capacitors）

铌酸钠无铅陶瓷的制备和性能研究罗泳文;杨同青;姚熹【摘要】采用传统陶瓷制备方法制备了致密的NaNbO3无铅铁电陶瓷。

利用XRD、SEM、介电温谱等分析技术,研究了CuO和MnO2掺杂对NaNbO3无铅铁电陶瓷的合成温度、烧成工艺、结构相变以及铁电性能的影响。

结果表明通过CuO和MnO2掺杂能在较低温度下制备出致密的NaNbO3陶瓷和陶瓷的致密度,电学性能随着烧成温度的变化存在一个最优值,最佳烧结温度为1050℃,体积密度达到4.38g/cm3为理论密度的98.6%。

该陶瓷在15～120℃均表现出铁电性能,具有压电活性,常温下介电常数为287,居里温度为390℃。

%In thispaper,NaNbO3 lead-free ferroelectric ceramics was synthesized by a conventional solid state reaction at a low temperature.The effect of CuO and MnO2 on sintering temperature,structure and properties was studied by XRD,SEM and other methods.The result shows that CuO and MnO2-doped dense NaNbO3 lead-free ceramics was obtained at a low sintering temperature.The properties of NaNbO3 ceramics had a best sintering temperature of 1050℃.The density was 4.38g/cm3 and reached 98.6% of the theoretical density.Ferroelectric properties were observed from 15-120℃,the Curie temperature was 390℃.The dielectric constant was 287 and the dielectric loss was less than 2% at room temperature.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2011(042)007【总页数】4页(P1285-1287,1292)【关键词】铌酸钠;无铅陶瓷;掺杂;铁电性能;介电性能【作者】罗泳文;杨同青;姚熹【作者单位】同济大学功能材料研究所,上海200092;同济大学功能材料研究所,上海200092;同济大学功能材料研究所,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TM282铌酸盐系无铅压电陶瓷作为无铅压电陶瓷研究的体系之一，具有较高的居里温度及机电耦合系数［1］。

陶瓷 结构 和介 电性 能 的影响 ．结果表 明 ，Ｓ Ｏ ｍ： 的掺 入 没有改 变 Ｂ Ｔ 晶体钙 钛矿 结 构 ，并 且 随着 Ｚ Ｓ 取 代 浓度 增 大 ，衍射峰 向 高角度略 有偏 移 ，说 明晶面 间距减 小 ；随着 ｓ ｏ， 杂量 的增加 ， ｍ” 掺 Ｂ Ｔ 介 电峰 向低 温 区移 动 ，并且被 压低 展 宽 ，ＢＺ 陶 瓷介 电常数 和介 电损耗 随 Ｓ Ｏ 杂量 的 Ｚ Ｔ ｍ！ 掺
２１ ０ ２年 ６月 第 ２期
伊 犁师范 学 院学报 （ 白然 科学 版 ）
Ｊ ｕ ａ ｆ ｌＮｏ ｍａ ｉｅｓｔ （ ｔｒｌ ｃｅ ｃ ｄｔ ｎ） ｏｒ ｌ ｉ ｒ ｌ ｎ ｏ Ｙｉ Ｕｎｖ ｒｉ ｙ Ｎａｕａ ｉｎ ｅＥ ｉ ．
性 能较好 ．
１ 引言
钛 酸 钡 （ ａ ｉ Ｂ ＴＯ ，ＢＴ）是一 种 典 型 的钙 钛矿 （ Ｏ３ ＡＢ ）结构 铁 电陶 瓷 ， 因其具 有 高 介 电常 数利
正温 度 系数 等优异 的电学 性能 ，近 儿十 年来 已发展 成 为现 代 功 能 陶 瓷中 最重 要 的 一类 【．纯Ｂａ ｉ Ｊ Ｊ ＴＯ 陶 瓷本 身 的居 里温 度 （ 。 １０ Ｔ ）为 ２ ℃、压 电常数 （ ３ ）
作 者 简 介 ：石 艳 芝 （ ９３ ） １８一 ，女 ， 山 西长 治 人 ，伊 犁 师 范 学 院在 读 研 究生 ，主 要 研 究 方 向 ：凝 聚 态 物 理
通讯作者 ：尹红梅 ，南京大学在读博 士，讲 师，研 究方 向：凝聚态物理．
２ ８
伊犁师范学院学报 （ 自然科学版 ）
２ １ 年 ０２
杂Ｂ ＴＯ３ ａ ｉ 的陶 瓷材料 也进 行 了深入 的研 Ⅷ． 炜 】郭
等 人 用液 相共 沉 淀法制 备 了Ｓ Ｏ３ 杂Ｂ ＴＯ３ ｍ２ 掺 ａ ｉ 的 陶 瓷样 品 （ 杂量 为０１％，０ ２ 掺 ．６ ３ ％，０ ８ ，研 究 ． ％） ４ 发 现稀 土添加 物 Ｓ Ｏ 抑 制居 里 峰作用 较 强 ，可 以 ｍ２ ３ 将 居 里 峰 移 向低温 ；郝 素娥 【１ Ｊ采用 溶 胶． 胶法 制 。 凝

(3) 薄膜材料制备工艺。
（三）透明铁电陶瓷
一、透明铁电陶瓷的组成和相图
由于气孔相、晶界和杂质相的散射，一般多晶体陶瓷是不透 明的，通过适当的工艺，可以控制其显微结构和晶界性质，使
之成为透明陶瓷，一般 Al2O3 、 Y2O3 、 MgO、 BeO、 ThO等都
可制成透明陶瓷。 PLZT 既有透明性，又有铁电和压电性，其光学性质与铁电
•压电陶瓷超声波焊接
压电超声马达

世界上最小的马达（电机）：重36mg，长5mm，直径 1mm，可作为人造心脏的驱动器。
压电喇叭应用实例
N506i V501T
•压电陶瓷超声清洗
•压电陶瓷探伤仪
•压电陶瓷测厚仪
•压电陶瓷加湿器
压电陶瓷变压器雷 达显示器高压电源
压电变压器电警棍
•压电陶瓷喷墨打印
的电场时，那些取向和电场方向一致的畴生长变大，而
其它方向的畴收缩变小，随后产生净极化强度。
铁电陶瓷与其它的电介质陶瓷不同，它的极化强度 不与施加电场成线性关系，并具有明显的滞后效应。
饱和极化强度Ps
剩余极化强度Pr 矫顽电场强度Ec
饱和电场强度Esat
铁电体的电滞回线
主要内容
一、 压电陶瓷
二、 热释电陶瓷
•压电陶瓷内部结构（电畴形成）
由于压电陶瓷极化后具有压电性，因此，构成陶瓷
的晶体必须是铁电体。铁电体从顺电相转变为铁电 相时具有自发极化，自发极化方向一致的区域成为 电畤。铁电畴之间的界面称为电畤壁。两电畤平行 排列的边界称为180°畴壁，两电畤互相垂直的边界
称为90°畴壁。
相邻两个畴中自发极化方向只能成90°角或180°角， 相应电畴交界面就分别称为90°畴壁和180°畴壁。

铁电材料的研究与应用铁电材料是一种具有独特电学性质和应用潜力的新型材料。

铁电材料具有一种相对于外界环境而言，与温度、电场有关的物理量，称为铁电极化，这种极化可以通过外加电场的作用而产生和控制。

铁电材料具有极高的电容量和极低的电阻率，这些特性可以被用于开发各种新型电气设备和电子器件，例如电磁存储技术、声波过滤器、振荡器、传感器、压电器件等。

本文将介绍铁电材料的基本概念、材料分类、制备方法及其在电子器件和其他应用领域中的应用。

第一章铁电材料的基本概念铁电材料是一类具有铁电性质的晶体材料，其极化矢量可以被反转，正如磁性物质具有磁矩，而铁磁性物质具有可以反转的磁矩一样。

与磁性物质相似，铁电材料也具有铁电矩，其大小和方向可以被外加电场或压力改变。

铁电材料通常是由正负离子对构成的离子化合物，例如BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3等，其具有多个原子单元构成的晶格结构，因此具有独特的介电性质和铁电相变。

第二章铁电材料的分类铁电材料可以根据其结构和性质进行分类。

根据晶体结构，铁电材料可以分为离子式、共价式、氢键式和有机铁电材料等四类。

离子式铁电材料常见的有单晶陶瓷和熔融法生长的大尺寸单晶等。

共价式铁电材料通常为有机分子配位的金属氧化物或卤化物等。

氢键式铁电材料，在其分子间存在氢键，如简单的有机铁电分子、有机晶体材料、生物大分子等。

有机铁电材料是一种典型的有机分子铁电材料，其通过改变不同有机配体的结构实现了各种铁电材料的设计和制备。

第三章铁电材料的制备方法铁电材料的制备方法主要有固相法、溶胶-凝胶法、液相沉淀法、燃烧合成法等。

其中，溶胶-凝胶法是一种普遍采用的方法，它具有低温制备以及组分及形貌可控等优点。

其制备过程大致包括溶胶形成、凝胶形成、热处理等步骤。

例如采用溶胶-凝胶法制备Pb(Zr0.52Ti0.48)O3铁电材料的具体步骤为：先将铅、锆、钛醇酸铁酸酯和乙酸分别在甲醇中分散均匀，然后将它们混合并在常温下搅拌均匀24小时，经过减压浓缩和干燥，形成均匀的凝胶。

铁电陶瓷材料的研究现状尤欣欣（渭南师范学院化学与生命科学学院，08级材料化学1班）摘要：本文论述了几种具有代表性的铁电陶瓷材料的研究现状，以及人们在研究过程中产生的新问题。

这几种材料主要包括层状铁电陶瓷，弛豫型铁电陶瓷，含铅型铁电陶瓷，无铅型铁电陶瓷，以及反铁电陶瓷材料。

最后，对未来的研究与应用前景进行了展望。

关键词：铁电陶瓷；铁电性；钙钛矿；研究0前言铁电陶瓷(ferroelectric ceramics)材料，是指具有铁电效应的一类材料，它是热释电材料的一个分支。

铁电陶瓷的主要特性为：(1)在一定温度范围内存在自发极化，当高于某一居里温度时，自发极化消失，铁电相变为顺电相；(2)存在电畴；(3)发生极化状态改变时，其介电常数-温度特性发生显著变化，出现峰值，并服从Curie-Weiss定律；(4)极化强度随外加电场强度而变化，形成电滞回线；(5)介电常数随外加电场呈非线性变化；(6)在电场作用下产生电致伸缩或电致应变。

其电性能：高的抗电压强度和介电常数。

在一定温度范围内(-55～+85℃)介电常数变化率较小。

介电常数或介质的电容量随交流电场或直流电场的变化率小。

铁电陶瓷的特性决定了它的用途。

利用其高介电常数，可以制作大容量的电容器、高频用微型电容器、高压电容器、叠层电容器和半导体陶瓷电容器等，电容量可高达0.45μF/cm2。

利用其介电常数随外电场呈非线性变化的特性，可以制作介质放大器和相移器等。

利用其热释电性，可以制作红外探测器等。

利用其压电性可制作各种压电器件。

此外，还有一种透明铁电陶瓷，具有电光效应，可用于制造光阀、光调制器、激光防护镜和热电探测器等。

目前，全球铁电元件的年产值己达数百亿美元。

铁电材料是一个比较庞大的家族，当前应用的最好的是陶瓷系列，其已广泛应用于军事和工业领域。

但是由于铅的有毒性及此类铁电陶瓷材料居里温度低、耐疲劳性能差等原因，应用范围受到了限制。

因此开发新一代铁电陶瓷材料己成为凝聚态物理、固体电子学领域最热门的研究课题之一。