BNKT/ZnO复相陶瓷的制备与电学性能开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

压电材料在现代生活中已经得到了广泛的应用，例如在传感器、制动器和换能器等设备中压电材料是不可替代重要组成部分。在所有得到应用的压电材料中，pzt基压电陶瓷因其优异且稳定的性能而一直处于主导地位。然而，由于pzt材料中的铅元素有毒，在生产、使用和废弃等过程中对环境的污染非常严重，科研工作者一直致力于探寻可以替代pzt系材料的无铅压电材料。

近年来，被重点研究的无铅压电材料大部分是以batio3（bt）、k0.5na0.5nbo3（knn）和bi0.5na0.5tio3（bnt）为基体的存在准同型相界（mpb）的固溶体。在这些体系上所进行的研究的确取得了不错的成果，但是目前该类材料仍然存在一些难以克服的问题。压电材料在实际应用中处于较宽的温度区间，因此其不仅需要具有较好压电性能，还应具有较高的居里温度和良好的温度稳定性。对于bt基压电材料，其居里温度较低（tc=120°c）；knn基固溶体容易退极化且压电性能较差；bnt基压电材料具有较高居里温度（tc=320°c）和较大的剩余极化（pr=38μc/cm2），但其室温区矫顽场较大（ec=73kv/cm），难以极化且退极化温度低。bnt与bkt（bi0.5k0.5tio3）形成固溶体bnkt后难以极化的问题得到解决，且bnkt存在三方（bnt）-四方（bkt）准同型相界（mpb），mpb组成的bnkt（0.8bi0.5na0.5tio3-0.2bi0.5k0.5tio3）的压电系数d33可达160pc/n，是一种十分有应用前景的无铅压电材料。但是bnkt仍然存在稳定性差容易退极化的缺点，其退极化温度td低于其居里温度tc。因此，bnkt的退极化温度低是目前亟待解决的问题。

基于固溶体和化学掺杂的传统方法已被尝试过很多，但是仍旧没能抑制或者消除该类压电材料的退极化。例如，bnkt中掺li元素能提高室温附近的压电性能，但通常也会使td降低到室温附近。然而提高td的代价是降低压电性能。直到现在，同时提高td和压电性能仍是一个巨大的挑战。近期zhangji和panzhao等人在bnt和knn中引入zno颗粒，在提升材料的压电性能的同时还消除了材料的退极化现象。其解释是引入zno一方面可以提高材料的致密度；另一方面zno颗粒与压电陶瓷基体形成了0-3型复相陶瓷。zno作为一种半导体，其载流子能补偿压电陶瓷中的退极化场，因而显著地提高了材料的退极化温度，特定的条件下甚至可以完全消除退极化现象。

2. 研究的基本内容与方案

研究内容：

1.查阅相关文献，综述bnkt无铅压电陶瓷的国内外研究现状；

2.通过固相方法，制备bnkt/zno复相陶瓷，通过xrd、sem、eds等手段对陶瓷样品的结构进行表征，探讨制备工艺对复相陶瓷结构的影响；

3. 研究计划与安排

第1~2周：查阅相关文献资料，翻译英文文献，拟定实验方案，撰写开题报告，开题答辩；

第3~7周：制备bnkt/zno复相陶瓷，探讨制备工艺；

第8~11周：表征bnkt/zno复相陶瓷的退极化行为；

4. 参考文献（12篇以上）

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[3] ullaha,malikra,ullaha,etal.electric-field-inducedphasetransitionandlargestraininlead-freenb-dopedbnkt-bstceramics[j].journaloftheeuropeanceramicsociety,2014,34(1):29-35.