Nb、Ta掺杂Na(0.5)Bi(4.5)Ti4O(15)铋层状陶瓷的性能研究

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文献笔记

1.高温铋层状压电陶瓷Na0.5Bi4.5Ti4O15改性研究通过元素取代改性和工艺改性，可以提高材料的压电性能。

元素取代改性包括同价元素取代改性和添加物改性。

同价元素取代改性就是利用一些与目标离子同价并且半径也相近的离子加入到压电陶瓷屮，使其来代替并占据一部分目标离子（正离子）的位置，形成代位式压电陶瓷。

为了找出性能更优良的材料，有时候也会同时加入两种或两种以上的元素来取代目标离子，即复合取代，这样可以保留两种元素的优点并且部分地克服了单一元素取代时带来的缺点。

添加物改性通常是指将与原来晶格中离子的化合价不同的元素添加到压电陶瓷中，以达到调节陶瓷性能的改性目的。

通常是按照配方总重量的百分比将添加物以金属氧化物的形式加入到压电陶瓷中。

添加物的不同，起到的改性效果也不同。

例如，有的起到的效果是提高弹性柔顺常数、降低机械品质因数、提高介电常数、增大介电损耗、提高平面机电耦合系数、降低矫顽场、提高电阻率等，即陶瓷变得比以前要“软”了，相应的添加物称为软性添加物。

与之相对应的是硬性添加物，使得陶瓷往“硬”的方面转化，结果是介电损耗降低、矫顽场增高、机械品质因数提高、平面机电耦合系数有所降低、电阻率变小等。

工艺改性包括热处理技术包括热压烧结、热锻法等和基于粉体制备的晶粒定向技术包括模板晶粒生长法、溶盐合成法、多层品粒生长技术、定向凝固法。

一般来说，干压成型的陶瓷样品中难免会有气孔的存在，再加上粘合剂在烧结时需要排出气体也在一定程度上增加了气孔的数量，这些都在一定程度上影响了陶瓷的致密性。

要减小或消除气孔带来的影响，有效的措施是在外加压力下进行烧结，即所谓的热压烧结。

该方法有以下优点：提高材料的密度，控制晶粒增长，有利于颗粒之间的接触和扩散效应从而显著降低烧成温度，不用粘合剂以减少陶瓷中的气孔，可以实现晶粒的择优取向。

热锻法是将样品先经过一段时间的普通烧结后，在样品上加上单轴压力，并且保持一段时间。

压电陶瓷的制造过程包括配料、混合、预烧、粉碎、成型、排塑、烧结、被电极、极化、测试。

低电场高储能密度NBT基弛豫铁电陶瓷结构与性能调控

低电场高储能密度NBT基弛豫铁电陶瓷结构与性能调控低电场高储能密度NBT基弛豫铁电陶瓷结构与性能调控引言：弛豫铁电材料因其较高的储能密度和优异的电介质性能，在能源存储和传感器应用等领域具有巨大的潜力。

在弛豫铁电陶瓷材料中，通过调控材料结构和改变化学成分，可以实现性能的优化和储能密度的提高。

本文将以NBT（（1-x)Na(0.5)Bi(0.5)TiO3-xBaTiO3）基弛豫铁电陶瓷为例，介绍了其结构和性能调控的方法与机制。

一、NBT基弛豫铁电陶瓷的结构特点NBT是一种重要的弛豫铁电陶瓷，具有较高的相变温度和相变硬度，具备优异的电介质性能。

其晶体结构为钙钛矿晶体结构，是由钠、铋和钛元素组成的复合氧化物。

NBT材料具有复杂的结构相互作用，使其具有良好的弛豫铁电性能。

此外，加入不同比例的BaTiO3可以改变NBT材料的结构和性能，进一步提高其储能密度。

二、结构调控方法1. 共烧法合成：通过控制不同元素的摩尔比例，可以获得NBT基弛豫铁电陶瓷材料。

共烧法合成具有简单、经济的优点，是制备弛豫铁电材料的常用方法之一。

2. 添加掺杂剂：将不同离子掺杂到NBT材料中，可以导致晶格畸变和氧空位的形成，进而影响材料的电荷输运和电介质性能。

例如，通过钙（Ca）掺杂，可以提高NBT材料的收缩畸变，增强其弛豫铁电性能。

3. 调控烧结工艺：合适的烧结工艺可以改善NBT材料的致密性和结晶度，进而提高其储能密度。

常用的烧结工艺有热压烧结法、微波烧结法等，可以实现NBT材料的有效致密化和晶粒生长控制。

三、性能调控方法1. 温度调控：调节压力和温度条件可以改变NBT材料的相组成和结构，从而改变其电介质性能。

利用温度敏感的相变特性，可以实现在不同温度下的优化性能。

2. 应力调控：应用外加电场或机械应力可以引起NBT材料的相变行为，从而调控其电介质性能。

例如，在外加电场的作用下，可以实现NBT材料的极化和去极化控制。

3. 化学成分调控：调节BaTiO3和NBT的相对比例，可以改变材料的铁电相变温度和储能密度。

铋层状压电陶瓷的性能

铋层状结构化合物中许多具有铁电性,如Bi4Ti3O12、Sr2Bi4Ti4O15、(Na0.5Bi0.5)Bi4Ti4O15、Bi3TiNbO9、Bi2WO6等,这类铁电压电陶瓷具有下列特点：1.介电常数(ε)低(127～154),自发极化强,居里温度高(T C>500℃)，机械品质因数Q m高(2000～7200),矫顽场高。

因此,可用于制作高温高频和超声技术领域器件的压电材料；介电损耗低,厚度振动的机电耦合系数k t较小,故可用于高频窄带滤波器；压电性能稳定、谐振频率的时间和温度稳定性好,这一特点适合用于制作高温能量转换领域的器件。

这一大体系是一类适合在高温场合下器件应用的压电陶瓷材料,是最具有开发应用前景的无铅压电陶瓷体系之一。

2.这类陶瓷具有居里温度(T C)高(>500℃)，机电耦合系数各向异性明显,机械品质因数(Q m)高(2000～7200),老化特性好,电阻率高,介电击穿强度大等特征,适合于制作高温、高频工作条件下的压电元器件。

3.介电常数低、自发极化强(如Bi4Ti3O12的自发极化强度约为50μC/cm2)、居里温度高、压电性能和介电性能各向异性大、电阻率高、老化率低、谐振频率的时间和温度稳定性好、机械品质因数较高和易烧结等。

因此,铋层状结构压电陶瓷在滤波器、能量转换及高温、高频领域有广泛的应用前景。

但铋层状结构压电陶瓷明显的缺点是压电活性低,矫顽场高4.低的介电常数、高居里温度、机电耦合系数各向异性明显、低老化率、高电阻率、大的介电击穿强度、低烧结温度，然而这类陶瓷有两个缺点：一是压电活性低, 这是陶瓷应用的致命弱点，也是研究的难点和热点，这是由于晶体结构特性决定其自发极化转向受二维限制所致；二是Ec 不高，不利于极化，应用在陶瓷显示器中铁电发射性能就差，这通常可通过高温极化来提高Ec。

5.由于秘层状结构材料具有很多优越的性能,例如低介电常数、高居里温度、机电藕合系数各向异性明显、低老化率、高电阻率、高的介电击穿强度、低烧结温度等引起了人们广泛的关注。

Co掺杂对Bi5Ti3FeO15陶瓷电学性能的影响

Co掺杂对Bi5Ti3FeO15陶瓷电学性能的影响摘要：本文以Bi5Ti3FeO15陶瓷为研究对象，利用掺杂Co元素的方法，研究了Co掺杂对Bi5Ti3FeO15陶瓷的电学性能的影响。

通过比较不同掺杂浓度下的陶瓷样品的结构、形貌和电学性能，发现Co掺杂可以明显改变Bi5Ti3FeO15的电学性能，提高其介电常数和电导率，为Bi5Ti3FeO15的性能优化提供了新思路。

引言Bi5Ti3FeO15是一种具有优良电学性能的铁电陶瓷材料，具有较高的介电常数和压电性能，在电子器件和储能领域具有广阔的应用前景。

由于其较低的电导率和不稳定的电学性能，在实际应用中受到了一定的限制。

对Bi5Ti3FeO15的性能进行改善和优化成为了目前的研究热点之一。

实验方法1. 材料制备：采用固相反应法制备Bi5Ti3FeO15陶瓷样品，通过粉末混合、压制和烧结等工艺获得样品。

2. Co掺杂：在制备过程中，向原料中添加不同浓度的Co掺杂剂，探究其对Bi5Ti3FeO15电学性能的影响。

通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）对样品的结构、形貌和成分进行表征。

3. 电学性能测试：采用介电常数测试仪和四探针法测试样品的介电常数和电导率，研究Co掺杂对Bi5Ti3FeO15电学性能的影响。

结果与讨论通过XRD和SEM的测试结果显示，Co掺杂对Bi5Ti3FeO15的晶体结构和形貌均有一定影响。

随着Co掺杂浓度的增加，样品的晶粒尺寸逐渐减小，晶体结构变得更加均匀致密。

EDS测试结果表明，样品中Co元素成功掺杂进入了Bi5Ti3FeO15的晶格中。

在电学性能方面，随着Co掺杂浓度的增加，样品的介电常数和电导率均呈现出不同程度的增加。

且在一定范围内，随着掺杂浓度的增加，电学性能的提高呈现出先增加后减小的趋势，表明适量的Co掺杂可以有效地提高Bi5Ti3FeO15的电学性能。

这种现象的出现可以归因于Co元素的掺杂引起了晶格结构的畸变，导致了电荷不均匀分布和极化强度的增加，从而提高了材料的介电常数和电导率。

Bi、Nb双施主掺杂对钛酸钡基陶瓷性能的影响

ｎｎｔｅＢｅａｉｒｆＢａＯ３ｓｄＰｎｅｃｆＢｉａｄＮｂＣｏｏｉｇｏｈｈｖｏｓｏＴｉ一ｅＴＣｒｍｉｓｌＢａＣｅａｃ
ＤＩＳｉＷｅＮＧｈ— ｎ
ＢＴＯ基ＰＣ陶瓷粉，时研究了烧结条件对ＰＣ陶瓷材料性能的影响。用ＸＤ和ＴＭ分析了样品的物相及微观形貌，ａｉ，Ｔ同Ｔ利ＲＥ发现样品为立方晶系的完全互溶取代固溶体，粒基本呈球形，分布比较均匀，径大约５～０Ｂ制陶实验表明，Ｂ、ｂ进颗且粒０６ｍ。以ｉＮ行双施主掺杂可有效改善材料的ＰＣ性能，Ｔ当最佳烧结温度为１３０℃、温时间为２ｎ时，以得到室温电阻为１．３ｎ，３保０ｍｉ可２９
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＡｅｉｓｏｏｅＴＯ３ａｅＴＣｃｒｍｉｏｅｓｕｅｉ３ａｄＮｂ１ａｏｏｏａｔｗｒｓｒｆｄｐｄＢａｉｓｄＰｅａｃｐｗｄｒｓｄＢＣ１ｎＣ５ｓｄｎｒｄｐｎｅｅｅｂｐｅａｅｙｓｌ．ｔｔｅｃｉｎａＯｔｍｐｒｔｒ．ＴｅｉｆｅｃｆｓｎｅｉｇｐｏｅｓｏｈＴｆｃｓｒｐｒｄｂｏｉｓａｅｒａｔｔｌＷｅｅａｕｅｈｎｕｎｅｏｉｔｒｒｃｓｎｔｅＰＣｅｆｔｗａｄｏｉｎｅｓｕｉｄｔｄｅ．ＴｅＸＲＤｎＴｈａｄＥＭｗｅｅｓｄｏｓｕｙｈｐａｅａｄｒｕｅｔｔｄｔｅｈｓｓｎｍｉｒｇａｈ．Ｔｅｅｕｔｈｗｈｔｈｃｏｒｐｓｈｒｓｌｓｏｔａｔｅｓ

Nb5+掺杂改性CaBi4Ti4O15压电陶瓷的研究

申图分类号：Ｑ１４７文献标识码：Ｔ．５７Ａ
陶瓷，并研究其介电性验
铋层状结构材料因其具有居里温度高、介质损耗
低、电击穿强度大、介各向异性大、电阻率高等优点，
采用固相普通烧结工艺制备了Ｃａｉｉ５ｘｏＢ４４＋ｍｌＴ０ｌ
的压电与介电性能。可对于Ｎ掺杂改性ＣＴ陶瓷ｂＢ的物相、显微结构及其压电和介电性能变化规律的研Ｔｃｎｌｇｅ，ｎ，ＡｅｈｏｏｉＩｃＵＳ）通过谐振和反谐振法测量ｓ
ＣＴＮ陶瓷径向面机电耦合系数（）Ｂ－ｋ、Ｄ厚度机电耦合系数（Ｏｋ和机械品质因数（，Ｑ并测量其介温曲线。
ｚ５（Ｂ－ｘ００，．，．０００，．无０２３０５适合应用于高温、高频无铅压电陶瓷领域ｎ。铋层状ＮｂＯＣＴＮ，＝．００１００，．，．４００）州ｉ，ｉＣＣ。Ｎ２０结构化合物晶体结构是Ｂ２层和包含有Ｂ６ｉ２Ｏ＋ｏ八面铅压电陶瓷。将分析纯Ｂ２ＴＯ，ａＯ，ｂ０按
８０Ｃ烧银。置于１０５ｏ８ ℃的硅油中，施加３８ｋ／－Ｖｍｍ
极化２ｎ放置２测其各项电性能。０ｍｉ，４ｈ后
了大量掺杂改性研究，括Ｓ４Ｃ、６（ｉ包Ｐ［ｕ删Ｍｎ［Ｌ１、１、、
ＮＩ、ｅ）、嘲（ｌＯ）ａ、＋Ｃ，ｔｗ对ＡＢｍ１【￣ｎ的Ａ位、位和Ｂ
行星球磨８混合均匀。ｈ混合好的物料，８０９０在５－０ ℃

镍和钕共掺杂钛酸铋铁电薄膜的结构及其性能研究的开题报告

镍和钕共掺杂钛酸铋铁电薄膜的结构及其性能研究的开题报告一、研究背景与意义钛酸铋(Bi4Ti3O12，BTO)是一种常用的铁电材料，具有良好的铁电性能和较高的介电常数，在微电子学、光电子学、传感器等领域有广泛的应用。

然而，BTO晶体结构中缺陷和结构不规则会导致铁电性能下降，从而影响器件性能。

因此，掺杂是一种常用的方法来改善BTO的性能。

目前，镍和钕被认为是BTO的优异掺杂元素，能够提高BTO的铁电性能。

二、研究内容本研究将利用激光分离沉积技术(Laser Deposition Technology，LDT)在锆基片上制备镍和钕共掺杂的BTO薄膜，并通过优化工艺参数得到高品质的薄膜。

采用X射线衍射(XRD)，扫描电镜(SEM)，原子力显微镜(AFM)，透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱(Raman Spectroscopy)等测试方法研究薄膜的结构和形貌。

同时，采用极化曲线、交流电性能测试仪、等温留电测试仪等手段对薄膜的铁电性能进行研究，以探究镍和钕共掺杂BTO的性能变化及其机制。

三、研究技术路线1. 实验材料的制备和字符化；2. 激光分离沉积技术制备镍和钕共掺杂钛酸铋薄膜；3. 优化薄膜制备工艺条件，并对薄膜进行结构和形貌表征；4. 评价镍和钕共掺杂对BTO铁电性能的影响，并探究影响机理。

四、预期成果1. 成功制备镍和钕共掺杂的BTO薄膜；2. 对薄膜的结构、形貌、铁电性能等性质进行了研究，揭示了掺杂机制；3. 得到了优异的薄膜性能，并改进了制备工艺；4. 增加了对BTO材料的认识，并有助于其在电子器件、光电器件等领域中的应用开发。

五、参考文献[1] Zhang Hui, Li Bin, Zhou Kuangting, et al. Effect of Ni doping on the structural, dielectric and ferroelectric properties of Bi4Ti3O12 ceramics [J]. Journal of Materials Science, 2012, 47(24):8558-8566.[2] Qiu Tingting, Liu Hongxia, Zheng Yulin, et al. Control over orientation and ferroelectric properties of Bi4Ti3O12 thin films deposited on Si(001) by pulsed laser deposition [J]. Applied Surface Science, 2017, 393(10):448-455.[3] Arakawa T, Hassan M A, Saavedra H M, et al. Vibrational spectra of substituted Aurivillius-phase oxides Bi2ABO7(B' = Mg, Zn, Ni;A = Nb, Ta)[J]. Journal of Raman Spectroscopy, 2014, 5(45):394-402.[4] Yao Xin, Xia Huijie. Investigation of the dielectric properties and ferroelectric fatigue behavior of Nd-doped Bi4Ti3O12 thin films [J]. Applied Surface Science, 2018, 448(10):426-433.。

铋掺杂对(Na0.5K0.5)NbO3无铅压电陶瓷性能的影响

基陶瓷，其烧结温度随着Ｂ２掺杂量的增加而升高，试样密度与纯ＮＫ陶瓷相比有显著提高。（ａ５．ＮＯ压电ｉＯ３ＮＮ０Ｋ０）ｂ３５
常数３，机电耦合系数、随Ｂ２３ｉ含量的增加先升高而后降低，并在ｘ０５Ｏ＝．％时达到最大值，而且机械品质因子Ｑ大大提高。当Ｂ２掺杂量为Ｏ５ｉＯ３．％时，Ｎ０Ｋ．Ｎｂ３铅压电陶的密度达４４／ｍ表现出优异的压电性能，３１８（ａ＿ｏ）Ｏ无５５．ｇｃ，６ｄ３３＝
来，对压电陶瓷的研究和生产主要都集中于传统的锆钛酸铅Ｐ（ｒｉ３（ＺｂＺ，）ＴＯＰＴ）基压电陶瓷上［，但是在３】
ＰＴ中含有几乎总质量６％的有毒物质ＰＯ【，且制Ｚ０ｂ９而】
些方法因其工艺复杂，耗能大而得不到大规模工业化生产。因此，很多学者研究了在传统陶瓷制备工艺中ＣｕＯ［６１］ＺｎＯ［１，７、引ＳＯ２ｃＯｎ、Ｓ２ＣＯ［等添加剂对ｄ】
、
备过程中ＰＯ易挥发使ＰＺ的化学剂量比发生变化，ｂＴ同时给生态环境和人类生存带来威胁［，】日本等许１１，０１多国家都立法禁止使用含铅的电子材料。因此，研究
和开发无铅压电陶瓷是一项迫切的、具有重大社会和经济意义的课题。

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ｔｈａｔａｌｌｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｈａｖｅａｐｕｒｅＡｕｒｉｖｉｌｌｉｕｓｔｙｐｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｓｉｚｅｓｏｆｔｈｅｇｒａｉｎｂｅｃｏｍｅｓｍａｌｌａｎｄｕｎａｎｉｍｉｔｙｗｉｔｈ
Hale Waihona Puke ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＮａ０５Ｂｉ４５Ｔｉ４Ｏ１５ｃｅｒａｍｉｃｓｈａｖｅｂｅｅｎｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｒｅｖｅａｌ
Ｊｉｎｇｄｅｚｈｅｎ３３３０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＺｈｅｊｉａｎｇＪｉａｋａｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｊｉａｘｉｎｇ，３１４０００）
ｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｍｏｕｎｔｏｆＮｂａｎｄＴａｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｎ
关键词：铋层状；介电性能；压电性能；铁电性能；Ｎａ０Ｉ５ＢｉｓＴｉＯｓ
中图分类号：ＴＱ１７４文献标识码：Ａ
ＳｔｕｄｙｏｎＢｉｓｍｕｔｈＬａｙｅｒ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃＣｅｒａｍｉｃｓＮａ０ｓＢｉ４５Ｔｉ４０１５ｗｉｔｈ
Ｎｂ、Ｔａ掺人量的增加而降低，但均高于６１０℃ ；当－ｚ一０．０２时，陶瓷样品电性能最佳，即压电常数ｄ。一１７ｐＣ／Ｎ，机
电耦合常数ｋ。一４．１９，ｋ一１８．１０％，品质因数Ｑ一３５２７，剩余极化强度Ｐ，＝】０．５０ｕＣ／ｃｍ。。
Ｎｂ、Ｔａ掺杂Ｎａｏ．５Ｂｉ４．５Ｔｉ４Ｏ１５铋层状陶瓷的性能研究
邵虹，江向平，傅小龙，涂娜，李小红
（１．景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院，江西省先进陶瓷重点实验室，江西景德镇３３３０００；２．浙江嘉兴嘉康电子股份有限公司，浙江嘉兴３１４０００）
第３７卷第２期
２０１５年０４月
压
电
与
声
光
ＶｏＩ＿３７ＮＯ．２Ａｐｒ．２０１５
ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣＳ＆ＡＣ０ＵＳＴ０ＯＰＴＩＣＳ
文章编号：１００４ — ２４７４（２０１５）０２ — ０３０７ — ０４
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｉｓｍｕｔｈｌａｙｅｒ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｍｉｃｓＮａ。＿５Ｂｉ４Ｉ５Ｔｉ４ＮｂＴａＯｌ５（ＮＢＴＮＴ＿ｚ，Ｏ ≤ｚ ≤０．０６）
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｘｉＫｅｙＬａｂ．ｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＣｅｒａｍｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＪｉｎｇｄｅｚｈｅｎＣｅｒａｍｉｃＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，
摘
要：采用固相烧结法制备了Ｎａ。Ｂｉ．ｓＴｉｚＮｂＴａＯｓ（ＮＢＴＮＴ — ｚ，０４ｚ ≤０．０６）铋层状压电陶瓷材料，
研究了不同量Ｎｂ、Ｔａ掺入对ＮａＢｉＴｉＯｓ陶瓷结构和电性能的影响。结果表明，所有样品均为单一的铋层状结构。适量Ｎｂ，Ｔａ掺人能细化陶瓷晶粒，提高其致密性，降低电导率和介电损耗ｔａｎ；同时，居里温度Ｒ随
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