最新BNT基无铅压电陶瓷研究

无铅压电陶瓷的研究现状与发展前景Tadashi Takenaka，Hajime NagataFaculty of Science and Technology，Tokyo University of Science，Yamazaki 2641，Nada，Chiba-ken 278-8510，Japan摘要：钙钛矿结构的陶瓷和铋层结构BLSF陶瓷因具有优良的绝缘性、铁电性和压电性，成为污染环境的含铅压电陶瓷的良好替代材料。

钙钛矿陶瓷广泛应用于高能换能器，具有较高的压电常数d33(>300pC/N)和高的居里温度Tc(>200℃)。

采用固相法制备的BaTiO3，即(1-x) BaTiO3-x(Bi0.5K0.5)TiO3[BTBK-100x]陶瓷,Tc 随着x的增加而增加。

BTBK-20+MnCO30.1wt%陶瓷显示出高的Tc（~200℃），同时机电耦合系数k33=0.35。

固相法得到的a Bi0.5Na0.5)TiO3-b BaTiO3-c Bi0.5K0.5)TiO3[BNBK(100a/100b/100c)陶瓷,相对于BNBK(85.2/2.8/12)的d33和Tc 分别为191pC/N和301℃。

另一方面，BLSF陶瓷是优良的高温压电传感器和具有高机械品质因数Qm的陶瓷共振器，并且在低温下谐振频繁(Tc-f r)。

施主掺杂Bi4Ti3O12的陶瓷例如Bi4Ti3-x Nb x O12[BINT-x]和Bi4Ti3-x V x O12[BIVT-x]表现出高的Tc（~650℃）。

BINT-0.08陶瓷初始晶粒的k33值为0.39并在350℃时保持这一值。

基于固相体系的Bi3TiTaO9(BTT)Sr x-1Bi4-x Ti2-x Ta x O9[SBTT2(x)](1≤x≤2)在x=1.25的P型半导体中表现出高的Qm值(=13500)。

关键词：铁电性，压电性，钙钛矿，铋层结构铁电体1. 前言压电性是电子和机电材料表现出来的重要性质。

NKN基无铅压电陶瓷的制备与性能研究的开题报告一、背景和研究意义无铅化已成为压电陶瓷材料领域的研究热点，主要是为了减少对环境的污染，满足环保需求。

目前，常用的无铅化压电陶瓷材料主要有BNT类（Bi0.5Na0.5TiO3）、KNNT 类（K0.5Na0.5NbO3）、BT类（BaTiO3）等。

然而，这些材料中仍存在一些问题，如高温极化难度大、热稳定性差等。

因此，有必要研究新型无铅化压电陶瓷材料。

NKN（Na0.5K0.5NbO3）是一种新兴的无铅化压电陶瓷材料，具有良好的压电性能、热稳定性以及较高的居里温度等优点。

因此，研究NKN基无铅压电陶瓷的制备和性能具有重要的理论和实际意义。

二、研究内容和方法（一）研究内容本研究将以NKN为基础，探究制备新型无铅压电陶瓷的方法，并分析其性能。

具体内容如下：1. 设计实验方案，制备NKN基无铅压电陶瓷。

2. 通过XRD、SEM、TEM等手段对材料的微观结构进行分析。

3. 测量材料的压电性能、介电特性、热稳定性等。

（二）研究方法1. 材料制备方面，主要采用实验室合成、烧结等传统工艺，同时结合新型制备方法，如溶胶-凝胶法、水热法等。

2. 材料性能测试方面，主要采用压电测试仪、介电测试仪、热重分析仪等常规测试设备。

3. 材料结构分析方面，主要采用XRD、SEM、TEM等常规测试手段，并结合原子力显微镜和扫描电子显微镜等高精度测试手段。

三、预期成果和意义本研究将探究新型NKN基无铅压电陶瓷的制备与性能，预计将达到以下成果：1. 成功制备NKN基无铅压电陶瓷。

2. 分析材料的微观结构及其对性能的影响。

3. 比较不同制备方法对材料性能的影响。

4. 深入探究材料的压电性能、介电特性、热稳定性等。

本研究将为无铅化压电陶瓷材料的发展提供新思路和新方法，促进新型压电材料的发展和应用。

同时，为钠钾铌酸盐类压电材料的开发提供实验基础和数据支持。

无铅压电陶瓷一、引言压电陶瓷是一种能够实现机械能和电能相互转换的功能陶瓷材料。

与压电单晶材料相比，具有机电耦合系数高，压电性能可调节性好，化学性质稳定，易于制备且能制得各种形状、尺寸和任意极化方向的产品，价格低廉等优点，被广泛应用于卫星广播、电子设备、生物以及航空航天等高新技术领域。

然而，目前所使用的压电陶瓷体系主要是铅基压电陶瓷，这些陶瓷材料中PbO(或Pb3O4)的含量约占原料总质量的70%左右。

由于PbO、Pb3O4等含铅化合物在高温时的挥发性，这些陶瓷在生产、使用及废弃过程中都会对人类健康和生态环境造成很大的危害。

如果对含铅陶瓷器件回收实施无公害处理，所需成本也会很高。

另一方面，PbO的挥发也会造成陶瓷的化学计量比偏离配方中的化学计量比，造成产品的一致性和重复性降低。

因此，研制和开发对环境友好的无铅压电陶瓷成为一项紧迫且具有重大实用意义的课题。

二、压电陶瓷及其特性、应用2.1 压电陶瓷压电陶瓷属于无机非金属材料。

它是指把氧化物混合(氧化锆、氧化铅、氧化钛等)高温烧结固相反应后而成的多晶体并通过直流高压极化处理使其具有压电效应的铁电陶瓷的统称，这是一种具有压电效应的材料。

在能量转换方面，利用压电陶瓷将机械能转换成电能的特性，可以制造出压电点火器、移动X光电源、炮弹引爆装置。

电子打火机中就有压电陶瓷制作的火石，打火次数可在100万次以上。

用压电陶瓷把电能转换成超声振动。

可以用来探寻水下鱼群的位置和形状对金属进行无损探伤以及超声清洗、超声医疗还可以做成各种超声切割器、焊接装置及烙铁对塑料甚至金属进行加工。

无铅压电陶瓷，又被称为环境友好压电陶瓷，其直接表层含义指不含铅、又具有满意的高的压电性能的压电陶瓷材料。

目前国内外研究的无铅压电陶瓷体系主要包括：BaTiO3基无铅压电陶瓷，(Bi0.5Na0.5)TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷，铋层状结构无铅压电陶瓷及铌酸盐基无铅压电陶瓷（包括钙钛矿结构的碱金属铌酸盐和钨青铜结构铌酸盐）。

无铅压电陶瓷的研究进展罗帆材料学院材控0811班U2008xxxxx摘要：本文概述了近年来国内外无铅压电陶瓷材料的研究现状, 介绍了钛酸钡基、铋层状结构、钛酸铋钠基、碱金属铌酸盐系以及钨青铜结构无铅压电陶瓷体系的研究进展, 并对无铅压电陶瓷的发展作了展望。

关键词：无铅压电陶瓷，钛酸钡基，钛酸铋钠基，铋层状结构，碱金属铋酸盐，钨青铜结构正文：压电陶瓷是重要的高科技功能材料，它被广泛应用于通信、家电、航空、探测和计算机等领域。

但是，由于目前使用的压电陶瓷大多都是含铅的，如最常用的以Pb（Ti，Zr)O(PTZ)为基的多元系陶瓷，3其中铅基压电陶瓷中氧化铅约占原材料总量的70%左右。

PbO有毒，在烧结温度下易挥发，不仅危害人体，而且会使其化学计量式偏离其计算配方，进而使产品一致性和重复性降低, 导致陶瓷性能下降。

因此，无铅基压电陶瓷将显示其良好的环境友好性而被越来越多的研究和应用。

到目前为止，无铅压电陶瓷体系主要有五大类：①钛酸钡(BaTiO) 基无铅压电陶瓷; ②钛酸铋钠基无铅压电陶瓷; ③铋层状结3构无铅压电陶瓷; ④碱金属铌酸盐系无铅压电陶瓷; ⑤钨青铜结构无铅压电陶瓷。

由于各类材料的结构和功能各不相同，下面将分别予以介绍。

钛酸钡基无铅压电陶瓷Ba TiO（BT）是最早发现的无铅压电材料，对它的研究已相当3成熟，最初用于压电振子材料。

其居里温度较低, 工作温度范围较窄, 压电性能属于中等水平, 难以通过掺杂改性来大幅度改善其压电性能,且在室温附近存在相变, 所以其在压电方面的应用受到限制。

近年来，通过对钛酸钡的位置取代和掺杂改性，钛酸钡基无铅压电陶瓷的研究体系主要包括：(1) (1-x) BaTiO-xAB3O(A=Ba、Ca 等; B=Zr、Sn、Hf、Ce等);3(2) (1-x) BaTiO-xA′B′3O(A′=K、Na 等; B′=Nb、Ta 等) ;3(3) (1-x) BaTiO-xA0.5〞Nb3O(A〞= Ba、Ca、Sr 等)。

ZnNb_(2)O_(6)掺杂BNT基无铅弛豫铁电体陶瓷的性能研究肖齐龙;王世宇;蒋芮;梅雄峰;吴昊;石亚军;孙帅;吴文娟【期刊名称】《人工晶体学报》【年(卷),期】2024(53)1【摘要】利用传统固相法制备了0.7(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_(3)-0.3(Sr_(0.7)Bi_(0.2))TiO_(3)-xZnNb_(2)O_(6)(缩写为BNT-SBT-xZN,其中x=0.5%、1.0%、1.5%和2.0%(摩尔分数))陶瓷,并研究了引入ZnNb2O6对BNT基陶瓷材料的结构和性能的影响规律。

结果表明:少量ZnNb_(2)O_(6)掺杂(x=0.5%时)的BNT-SBT-xZN陶瓷具有纯的钙钛矿结构,且微观结构致密,无第二相,在室温时为典型的弛豫铁电体(弥散指数γ>1.7),极化前后样品的铁电-弛豫转变温度(TR-E)均低于室温,而与三方相R3c和四方相P4bm的纳米极性微区(PNRs)热弛豫有关的介电反常出现在TR-E<100℃;当ZnNb_(2)O_(6)含量增多时,遍历弛豫态逐渐起主导作用,最大极化强度(Pmax)和剩余极化强度(Pr)均出现减小趋势。

综合来看,x=0.5%的BNT-SBT-xZN陶瓷具有高的Pmax、低的Pr、大的ΔP,并具备良好的储能特性及频率和温度稳定性,在室温电场强度为110 kV/cm时,Pmax=44.7μC/cm^(2),Pr=12.4μC/cm^(2),ΔP=32.3μC/cm^(2),储能密度W1=1.066 J/cm^(3),储能效率η=48.68%。

此外,x=0.5%的BNT-SBT-xZN陶瓷在100 kV/cm的电场强度下充放电性能良好,放电能量密度Wd=0.60 J/cm^(3),最大放电电流Imax=45.33 A,电流密度CD=1443 A/cm^(2),功率密度PD=72.2 MW/cm^(3)。

【总页数】9页(P154-162)【作者】肖齐龙;王世宇;蒋芮;梅雄峰;吴昊;石亚军;孙帅;吴文娟【作者单位】成都信息工程大学光电工程学院【正文语种】中文【中图分类】TM282;TQ174.1【相关文献】1.BNT基无铅压电陶瓷掺杂改性的研究现状及发展趋势2.BNT-BT和BNT-BKT基无铅压电陶瓷研究进展3.BNT基无铅压电陶瓷的研究与进展--无铅压电陶瓷20年发明专利分析之二4.Sb5+取代BNT基弛豫铁电体的性能研究5.SrMAlO_(4)(M=La、Y)掺杂BNT基无铅压电陶瓷的结构与电致应变性能研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第29卷第3期 硅　酸　盐　通　报 V o l .29　N o .3　2010年6月 B U L L E T I N O F T H E C H I N E S E C E R A M I C S O C I E T Y J u n e ,2010 无铅压电陶瓷的研究与应用进展赵　亚,李全禄,王胜利,秦梅宝,张引红(陕西师范大学物理与信息技术学院应用声学研究所,西安　710062)摘要:本文综述了无铅压电陶瓷研究开发的相关进展,着重介绍了钙钛矿结构无铅压电陶瓷(包括B a T i O 3(B T )基无铅压电陶瓷、B i 1/2N a 1/2T i O 3(B N T )基无铅压电陶瓷、碱金属铌酸盐K 1/2N a 1/2N b O 3(K N N )基无铅压电陶瓷)、钨青铜结构无铅压电陶瓷及铋层状结构无铅压电陶瓷等不同陶瓷种类的相关体系、制备方法及压电铁电性能,并根据相关性能参数分析了无铅压电器件的应用领域,最后对其发展前景进行了展望。

关键词:无铅压电陶瓷;钙钛矿结构;钨青铜结构;铋层状结构中图分类号:T Q 127.2文献标识码:A文章编号:1001-1625(2010)03-0616-06P r o g r e s s e s i n D e v e l o p m e n t a n d A p p l i c a t i o n so f L e a d -f r e e P i e z o e l e c t r i c C e r a m i c sZ H A OY a ,L I Q u a n -l u ,W A N GS h e n g -l i ,Q I NM e i -b a o ,Z H A N GY i n -h o n g(I n s t i t u t eo f A p p l i e d A c o u s t i c s ,S c h o o l o f P h y s i c s a n dI n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y ,S h a a n x i N o r m a l U n i v e r s i t y ,X i 'a n 710062,C h i n a )A b s t r a c t :T h e r e s e a r c ha n dr e c e n t p r o g r e s s e s o f l e a d -f r e e p i e z o e l e c t r i c c e r a m i c s w e r e r e v i e w e di n t h i s p a p e r ,w h i c h i n t r o d u c e d e m p h a t i c a l l y d i f f e r e n t s y s t e mt y p e s o f p e r o v s k i t e s t r u c t u r e l e a d -f r e e p i e z o e l e c t r i c c e r a m i c s (i n c l u d i n gb a r i u m t i t a n a t eB a T i O 3(B T ),s o d i u m b i s m u t ht i t a n a t eB i 1/2N a 1/2T i O 3(B N T ),p o t a s s i u ms o d i u mn i o b a t e K 1/2N a 1/2N b O 3(K N N )b a s e p i e z o e l e c t r i c c e r a m i c s ),t u n g s t e n b r o n z e s t r u c t u r e l e a d -f r e e p i e z o e l e c t r i c c e r a m i c s a n db i s m u t hl a y e r s t r u c t u r e l e a d -f r e e p i e z o e l e c t r i c c e r a m i c s .M e t h o do f p r e p a r a t i o n a n dp i e z o e l e c t r i cf e r r o e l e c t r i c p r o p e r t i e s w e r e a l s o s u m m a r i z e d .T h ed e v i c ea p p l i c a t i o n s o f l e a d -f r e e p i e z o e l e c t r i c c e r a m i c s w e r e a n a l y z e d o n t h e b a s i s o f a n a l y z i n g t h e i r r e l a t e d p a r a m e t e r s .F i n a l l y ,d e v e l o p m e n t p r o s p e c t o f l e a d -f r e e p i e z o e l e c t r i c c e r a m i c s w a s d i s c u s s e d .K e y w o r d s :l e a d -f r e e p i e z o e l e c t r i c c e r a m i c s ;p e r o v s k i t e s t r u c t u r e ;t u n g s t e n b r o n z e s t r u c t u r e ;b i s m u t h l a y e r s t r u c t u r e基金项目:国家自然科学基金(N o .10374064);陕西省自然科学基金(2006A 03);中央高校基本科研业务费专项资金(2010Z Y G X 020)作者简介:赵　亚(1980-),女,硕士研究生.主要从事功能陶瓷及应用研究.通讯作者:李全禄.E -m a i l :l q l 0314@y a h o o .c o m .c n1　引　言压电陶瓷作为一种将机械能与电能相互转换的重要功能材料,因具有稳定的化学特性、优异的物理性能、易于制备各种形状和任意极化方向的材料特性,广泛应用于基于压电等效电路的振荡器、滤波器和传感器,各种类型的水声、超声、电声换能器等,遍及日常生活、工业生产以及军事等领域[1]。

无铅压电陶瓷摘要：锆钛酸铅系(简写PZT)含铅陶瓷是目前广泛使用的高性能压电陶瓷，然而其对人类和自然会造成长期危害。

本文综述了替换材料无铅压电陶瓷的研究进展，包括锆钛酸钡（BZT）基、钛酸铋钠（BNT）基、铌酸钾钠(KNN）基、铋层状结构和钨青铜结构五类无铅压电陶瓷的性能，并分析制备方法和掺杂改性对无铅压电陶瓷的性能的影响，为改进工艺提高压电性能提供理论依据.关键词：无铅压电陶瓷；压电性能；锆钛酸钡；钛酸铋钠；铌酸钾钠；铋层状结构;钨青铜结构Abstract：Leaded ceramic is widely used because of its high-performance piezoelectric so far. However，it can cause long—term hazards to human and natural。

The research development of lead—free piezoelectric ceramics is briefly introduced,and the performance of BZT，BNT, KNN, and bismuth layered lead-free piezoelectricceramics are mainly introduced，and the effects of different modification methods on piezoelectric performance on them are analyzed。

It will provide theoretical supports toimprove the piezoelectric properties.Keywords:lead—free piezoelectric ceramic; piezoelectric performance; BaTiO3; Bi0。

BN T基无铅压电陶瓷的研究与进展———无铅压电陶瓷20年发明专利分析之二Ξ赁敦敏,肖定全,朱建国,余　萍,鄢洪建(四川大学材料科学系,四川成都610064)摘　要:　Bi0.5Na0.5TiO3(BN T)基无铅压电陶瓷是目前研究最广泛、最具吸引力的无铅压电陶瓷体系。

本文分析了BN T基无铅压电陶瓷近20年的发明专利,着重讨论了相关体系的压电铁电性能,并展望了BN T基压电陶瓷今后的发展趋势。

关键词:　Bi0.5Na0.5TiO3;无铅压电陶瓷;压电材料中图分类号:　TM221 文献标识码:A文章编号:100129731(2003)04203682031　引　言钛酸铋钠Bi0.5Na0.5TiO3(简称BN T)是1960年由Smolen2 sky等人发明的A位复合离子钙钛矿型铁电体,室温时属三角晶系,居里温度为320℃。

BN T具有铁电性强、压电性能佳、介电常数小及声学性能好等优良特征,并且烧结温度低,目前正受到广泛研究,被认为是最可能取代铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷体系因而极具吸引力。

然而,室温下BN T矫顽场大(E c= 73kV/cm),在铁电相区电导率高,因而极难极化;加之该系陶瓷中Na2O易吸水,烧结温度范围较窄,使陶瓷的化学物理性质稳定性和陶瓷致密性欠佳。

因此,单纯的Ba0.50Na0.5TiO3陶瓷难以实用化[1～3]。

多年来,人们对BN T作了大量研究。

1962年,C.F.Buhere 就在x≤0.80的组成范围内研究了(1-x)BN T2x B KT(Bi0.5 K0.5TiO3)的晶格参数与组成的关系[4,6]。

1963～1967年期间,田中哲郎对BN T和B KT,坂田等对B KT2PbTiO3、BN T2PbTiO3以及田中好一郎等对BN T2B T等体系均作了深入研究[5,6]; 1971年,美国B.Jaffe等人报道了BN T和B KT陶瓷的铁电、压电性能[7]。

此后,一些学者相继对BN T2CdTiO3,BN T2Sr TiO3等体系进行了研究,但都没有获得实用化的压电陶瓷材料。