PMN-PZT壓電陶瓷的制備與電學性能研究

張 軍，李向東,2，任奕菲

(1. 東莞東陽光研究院醫療器械研究所，廣東 東莞 523867；2. 華中科技大學 材料科學與工程學院，湖北 武漢 430074)

鈮鎂酸鉛-鋯鈦酸鉛復合鈣鈦礦固溶體(又稱PMN-PZT)具有高介電、壓電常數等特性，其機電耦合性能好、響應快速、精度高、穩定性好，被廣泛應用于壓電傳感、能源存儲及驅動領域，如高功率換能器、醫用超聲探頭、位移傳感器、陶瓷電容器和微型馬達等元器件。

目前，提升鐵電材料壓電性能的方法主要有：在微觀結構上構建準同型相界(MPB)[1]；稀土元素摻雜改性[2-4]，誘導產生極性納米微區(PNRs)[5]；開發新型多元馳豫壓電陶瓷。為進一步提高PZT的壓電性能，滿足市場器件的應用需求，三元系壓電陶瓷PMN-PZT應運而生。Liu等[6]研究了Sr摻雜PMN-PZT多孔陶瓷的壓電性能，發現摻鍶能夠改變晶格比，從而形成準同型相界。Ning等[7]采用Nb2O5摻雜PMN-PZT，發現其晶界強度提高，壓電介電性能提升。Lee等[8]制備了換能器用PMN-PZT壓電單晶，其d33≈2000 pC/N，但制備條件苛刻。類似地摻雜改性、新型制備方法研究還有很多。然而，針對Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3的組分調整的研究較少，更鮮有人詳細研究PMN反鐵電相、Zr/Ti比對其微觀結構、電學性能的影響。

鑒于此，文章結合固相反應法，制備不同組分的xPb(Mg1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(ZryTi1-y)O3壓電陶瓷系統，研究PMN組分、Zr/Ti比、燒結溫度對陶瓷片的物相、微觀形貌及電學性能的影響規律，分析其性能變化的微觀機制，旨在為PMN-PZT壓電陶瓷的應用提供理論參考。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

實驗試劑：Pb3O4(99.95%)，MgO (98.0%)，Nb2O5(99.9%)，ZrO2(99.99%)，TiO2(99.0%)，均購自阿拉丁試劑(上海)有限公司，分析純。

實驗儀器：電子天平(ME2002E-02，梅特勒-托利多儀器有限公司)；……