晶粒尺寸對鈦酸鉍基無鉛壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能影響

鄭來奇，江向平，陳 超，聶 鑫，黃梟坤，涂 娜

(景德鎮(zhèn)陶瓷大學材料科學與工程學院，江西省先進陶瓷材料重點實驗室，景德鎮(zhèn) 333001)

0 引 言

高性能壓電陶瓷具有電機轉(zhuǎn)化效應(yīng)已被廣泛用作制動器、傳感器、存儲器部件等機電設(shè)備[1-3]，鉛基Pb(Zr,Ti)O3(PZT)等含鉛壓電陶瓷由于其優(yōu)異的壓電性能在全球壓電市場占據(jù)主導地位，并且可以通過化學摻雜來滿足多種應(yīng)用[4-5]。然而，在生產(chǎn)與使用過程中鉛揮發(fā)的特性會對人類與環(huán)境健康造成影響，在未來將被逐步淘汰。近年來，出于環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展等方面的考慮，越來越多的研究者致力于研發(fā)安全無污染的無鉛壓電陶瓷。因此，研發(fā)具有良好性能的新型無鉛壓電陶瓷作為PZT的替代品已成為鐵電壓電領(lǐng)域急迫的任務(wù)之一，其中鈦酸鉍鈉(Na0.5Bi0.5TiO3,簡稱NBT)無鉛壓電陶瓷因其具有較好的壓電性能與較高的居里溫度被視為一種具有潛力去替代鉛基材料的壓電材料而被廣泛研究。但是，由于其具有較高的矯頑場(Ec)、高電導率以及退極化溫度(Td)低等性能的不足，大大地限制了材料的實際應(yīng)用。

隨著對NBT陶瓷進一步的研究，研究者將BaTiO3(BT)與NBT陶瓷復合，構(gòu)建了(1-x)Na0.5Bi0.5TiO3-xBaTiO3(NBT-xBT)二元體系，發(fā)現(xiàn)在x=0.06～0.07時材料具有準同型相界(MPB)，壓電性能得到了很大的提升[6]。眾所周知，通過調(diào)控微觀結(jié)構(gòu)可以改善電學性能[7-10]，對于研發(fā)下一代鐵電器件具有重要的意義，而鐵電多晶材料的晶體結(jié)構(gòu)和電學性質(zhì)很大程度上取決于陶瓷的晶粒尺寸[11-12]。近年來研究者通過對BT陶瓷的……