钛酸钡基无铅压电陶瓷研究的新进展
聚合物压电智能材料研究新进展
压电材料类型 （PVDF） 压电聚合物聚偏氟乙烯 Polyvinylidenefluoride 压电陶瓷锆钛酸铅 Lead Zirconium Titanate （PZT） d 31 （pm / V） 28 175 g31 （mV-m / N） 240 11 k 31 0.12 0.34 特性 柔性， 轻质， 低声阻抗和机械阻抗 脆， 重， 毒性大
Calculated 7.0 35.0 6.6 30.0 12.0 23.0
measured 10.0 38.0 6.5 125.0 12.0 17.6
3.7 11.5 6.0 19.0 14.0 29.5 7.0
b
1.33 1.48 0.83 0.44 0.37 0.14 18.40
P u 由公式 P u = N!计算而得； " E 由公式计算而得； " E 由Eabove T g -Ebelow T g测量而得； 通常在 0.8 ~ 1.2 之间。 P r 由热激电流法测得的实际极化值。PVDF 的介电常数极低，
［4］ 物理加工方法控制） 的 PVDF， 才能在拉伸、 极化后提供较为理想的压电特性 。拉伸高聚物可以使非
并不是任何 PVDF 都有理想的压电性能， 只有头尾接、 结晶度高于 85% ， 具有B、 （可通过 Y、 S 极性晶型
"
"
"
"
"
(
#
"
0
"
0
" N
0.9K0.5Na0.5NbO3-0.1Ba(Zr1-xTix)O3陶瓷的掺杂改性与压电性能
ａ ；用 ｚ 一 Ａ准 静 态 ｎ Ｊ３ １４ ９６年 ． 在美国麻省理工学 院绝缘研究室发现 ． 在钛酸钡 时 陶 瓷样 品 的 介 电常 数 ８ 和介 电损 耗 ｔ ８ 采 Ｐ ２４ 铁电陶瓷上施加直流高压 电场 ． 使其 自发极化沿电场方向择优 测 量仪 测 量 如 ； 用 Ｈ ４ ９ Ａ阻 抗 分 析 仪测 量 陶瓷 样 品 的谐 取向国家， 除去电场后仍能保持一定 的剩余极化， 它便具有压电 振频率 、 反谐振频率 、 谐振阻抗和 电容 ， 根据以上数据计算出陶 效 应 ． 此诞 生 了压 电陶 瓷 现 在提 倡 和 支 持研 发 和使 用 高新 瓷的机械品质因素 Ｑ 和机电耦合系数 ｋ。 从 。 材料 ． 在近 年 来 ． 电陶 瓷 和 压 电器 件 的原 材 料 和 制 造 工 艺有 压 ２结果与讨论 ． 了很大的发展 。压电陶瓷 目前 已在高科技信息、 航空航天和生 ２１ Ｎ — Ｚ ．Ｋ Ｎ Ｂ Ｔ陶瓷 的 压 电性 能 物化学等诸多高新科技领域具有不可代替的地位 ． 这是 因为压 图 ２给 出 了 Ｋ Ｎ Ｂ Ｔ系 压 电陶 瓷 的 压 电性 能 随 元 素 Ｎ —Ｚ 电陶瓷具有稳定 的化学特性 、 优异的物理性能 、 易于制备成各 摩 尔 分数 的 变化 规 律 。 ２ １（和 （分 别 显示 随 着 Ｔ ＋ 图 ｆ、 ） ｃ ａ ｂ ） ｐ 含量 的 种 形 状和 具有 任 意极 化 方 向的 特性 ㈣ 不 断 升 高 ． 压 电性 能也 随之 增 强 ． 其 在 “ 含量 为 ０ ０ 摩 尔 分 ．（ ５ 然而 ． 当前使 用 的压 电 陶瓷 的生 产原 料 都 含有 大 量 的重 金 数 ） ． 电性 能 达 到最 强 ， 据 图表 所 示 ： 时压 电常 数 ｄ 时 压 根 此 为 属 铅 ，陶 瓷 中 的 Ｐ Ｏ （ Ｐ ４ ｂ 或 ｂ０１的含 量 约 占原 材 料 总 重 量 的 １８ＣＮ， 电耦 合 系数 ｋ 为 ３ ％， ２ｐ／ 机 。 ３ 机械 品质 因数 Ｑ 为 １７ 而 ； １ ７ ％， 仅难 以制 备 紧密 的 压 电 陶瓷 ， 会 对环 境 造 成 污 染 ， ０ 不 还 因 当 ｎ 元 素含 量 继续 升 高 时 ， 电性 能迅 速 减弱 。 压 为 目前 还没 有 大规 模 回收 留在地 面 和游 离 于空 气 中 的铅 随着 环保 已经成 为世 界 发展 的主 要前 提 ． 铅 压 电 陶瓷 的研 发 已经 无 迎来最有力的契机 ． 现在已经出现了许多具有实用价值 的陶瓷 体系 ， 钛酸盐系压 电陶瓷成为此领域许多科学家与学者实验课 题 虽然 无铅 压 电 陶瓷 可 以缓 解 环境 污 染 ． 是 目前 的无 铅 压 但 电 陶瓷 的性 能与 Ｐ Ｔ基 压 电 陶瓷相 比还有 一 定 的距 离 ． 是无 Ｚ 但 铅压电陶瓷已经获得众多科学家和学者的青睐． 相信不久的将 来 无铅 压 电 陶瓷 取代 Ｐ Ｔ基 压 电 陶瓷㈣ Ｚ （） ｂ 本 实 验考 虑 到实 用性 ． 因此 采 用传 统 陶 瓷制 备 技 术 和 电子 陶 瓷 工 业 用 原 料 ， 备 了 ０ ｎ ａ ｂ ０１ ａｆｒ Ｙ 制 ． Ｋ ０ Ｏ一 ．Ｂ ） 压 ９ Ｎ Ｚ Ｏ 电陶瓷 ． 究 了 该体 系 压 电陶 瓷 的介 电压 电性 能 并研
压电复合材料
压电复合材料摘 要: 从压电材料的压电效应入手, 介绍了压电材料的分类及结构组成。
针对不同压电材料在生产实践中的应用情况, 列出现阶段压电材料的制备技术。
综述了近年来压电材料的研究现状, 并系统介绍了压电材料在各个领域的应用和发展。
关键词：压电材料；压电效应；制备工艺；应用Abstract: This paper begins with the piezoelectric effect and introduces the classification and structure of piezoelectric materials. Considering the application of different piezoelectric materials in the production practice, preparative techniques of piezoelectric material in the current stage are listed. Research actuality of piezoelectric materials is summaried. Application and development of the piezoelectric materials in various Fields are also introduced systematically.Keywords: piezoelectric material; piezoelectric effect; preparative technique; application1.引言自20世纪出现压电材料以来, 因其独特性能,逐渐成为材料领域中的重要组成部分。
随着电子、导航和生物等高技术领域的发展, 人们对压电材料性能的要求越来越高。
目前, 研究和开发压电材料主要是从老材料中发掘新效应, 开拓新应用; 从控制材料组织和结构入手,运用新工艺制备各种新型压电材料。
钛酸钡材料综述
钛酸钡材料综述1.引言钛酸钡铁电陶瓷是20世纪中叶发展起来的一种性能卓越的介电材料，即便其发展时间较短，但其具有卓越的压电性能、介电性能及热释电性等，使其一跃成为功能陶瓷领域内极为重要的组成部分，并且其作为电子陶瓷元器件的基础材料，推动了电子工业的发展。
近些年，全球电子工业发展迅速，其高性能、高精度、小型化的特点对主要原料提出了更高的要求，这无形中也对钛酸钡铁电陶瓷的发展也提出了较高要求[1]。
在实际生产中，要求钛酸钡铁电陶瓷粉体超细、超纯，并对主要原料掺杂改性技术方面不断完善。
2.钛酸钡铁电陶瓷的主要制备技术钛酸钡铁电陶瓷材料的常用制备方法有固相合成法、液相合成法两大类。
针对每个大类的合成方法下面还包含了诸多支路，其具体操作各具特色。
传统固相合成法是一种常用的合成方法，但是由于该方法年代久远，因此所制备的产物粉体纯净度较低，且回收颗粒物体积大、化学活性较差，所以当前工业上使用该方法生产钛酸钡粉效果较差。
尤其是在电子产业中，对元件性能要求高，需要可靠、固态化、多功能性、多层化等高要求的元件。
面对此趋势，经过改进后的液相合成法可以达到较好的效果，液相合成法包括凝胶法、化学沉淀法、水热合成法等。
由于这些方法合成温度要求低且其各组分是在分子水平合成的，所以该方法制备出来得纯钛酸钡粉产物具有结晶性好、组成均匀、粒径可控、无团聚、纯度极高等优势，可充分发挥元器件的电子性能。
以钛酸四丁酯Ti(OC4H9)4(98．0％)、硝酸钡Ba(N03)：(99．5％)和草酸H2C204(99．5％)为初始原料，在微波温度为80℃，微波时间为10 min，煅烧温度为700℃和煅烧时间为1 h的条件下制备一定量晶粒尺寸在30—50 nm的BaTiO，纳米粉放入研钵中，用浓度5％作为粘合剂的PVA溶液制造颗粒，再用80～120目的筛子对颗粒进行筛选。
每次称取0．35 g左右的样品放入模具中，在10 MPa 的压力下对粉体进行干压成型，最后对瓷坯进行排胶、烧结等后续处理。
钛酸钡性能特点及应用情况
钛酸钡性能特点及应用情况钛酸钡是一种具有重要应用价值的无机材料，具有许多优秀的性能特点和广泛的应用情况。
首先，钛酸钡的性能特点：1. 高介电常数：钛酸钡具有较高的介电常数，可以用于制备高介电常数的材料。
这使得钛酸钡在电子元器件领域有着广泛的应用，如电容器、压电传感器等。
2. 光学性能优异：钛酸钡具有优异的光学性能，具有较高的折射率和透过率。
这使得钛酸钡可以用于光学器件制备，如光学玻璃、光学薄膜等。
3. 高热稳定性：钛酸钡具有较高的热稳定性，能够在高温环境下稳定存在。
这使得钛酸钡在高温材料制备中得到广泛应用，如高温陶瓷、催化剂等。
4. 压电性能良好：钛酸钡具有良好的压电性能，可以通过施加电压产生机械变形，或者通过施加力使其产生电压。
这使得钛酸钡在传感器、声波滤波器等领域得到广泛应用。
其次，钛酸钡的应用情况：1. 电子器件领域：钛酸钡可用于制备高介电常数材料，用于制造电容器、压电传感器等电子元器件。
2. 光学器件制备：钛酸钡具有优异的光学性能，可用于制备光学玻璃、光学薄膜等光学器件。
3. 高温材料制备：钛酸钡具有高热稳定性，可用于制备高温陶瓷、催化剂等材料。
4. 声波滤波器制备：钛酸钡具有良好的压电性能，可用于制备声波滤波器，用于声学信号的处理和滤波。
5. 医疗领域应用：钛酸钡可用于制备骨修复材料，作为骨填充材料或人工骨骼的一部分，以加快骨折愈合。
此外，钛酸钡还可以用于催化反应、压电陶瓷、能量存储器件等领域，展示了广泛的应用前景。
总结而言，钛酸钡作为一种重要的无机材料，具有高介电常数、优异的光学性能、高热稳定性和压电性能等特点，在电子器件、光学器件、高温材料、声波滤波器等领域有着广泛的应用前景。
这些特点和应用情况使得钛酸钡成为科学研究和工程应用中不可忽视的材料之一。
Gd3+掺杂调控BiFeO3-BaTiO3高温无铅压电陶瓷的结构与性能
第 4 期第 43-53 页材料工程Vol.52Apr. 2024Journal of Materials EngineeringNo.4pp.43-53第 52 卷2024 年 4 月Gd 3+掺杂调控BiFeO 3-BaTiO 3高温无铅压电陶瓷的结构与性能Structures and properties of Gd 3+ doped modified BiFeO 3-BaTiO 3 high -temperature lead -free piezoelectric ceramics唐蓝馨1，王芳1，周治1，李双池1，左鑫1，李凌峰1，杨柳1，谭启2，陈渝1*（1 成都大学 机械工程学院，成都 610106；2 广东以色列理工学院材料科学与工程系，广东 汕头 515063）TANG Lanxin 1，WANG Fang 1，ZHOU Zhi 1，LI Shuangchi 1，ZUO Xin 1，LI Lingfeng 1，YANG Liu 1，TAN Daniel Q 2，CHEN Yu 1*（1 School of Mechanical Engineering ，Chengdu University ，Chengdu 610106，China ；2 Department of Materials Science and Engineering ，Guangdong Technion -Israel Institute of Technology ，Shantou 515063，Guangdong ，China ）摘要：用于监测航空发动机、重型燃气轮机等重大技术装备高温部件振动状态的压电加速度传感器，需要一种高居里温度压电陶瓷作为敏感元件，而电子元器件的无铅化是环境保护的迫切要求。
采用传统的固相反应法制备一种Gd/Mn 共掺杂的BF -BT （（0.67BiFeO 3-0.33Ba 1-x Gd x TiO 3）+0.5%（质量分数）MnO 2，x =0~0.02）高温无铅压电陶瓷，并研究Gd 3+掺杂浓度（x ）对BF -BT 陶瓷的相组成、微观结构、压电性能、介电弛豫行为及交流阻抗特征的影响。
压电陶瓷
第1章绪论1.1 无铅压电陶瓷的研究意义压电陶瓷可以直接实现电能和机械能的转换。
因而被广泛应用在超声换能、无损探伤、传感器、电子信息等高新技术领域，产品涉及汽车、电子、军事、医疗等各个行业[1]。
压电技术的发展对科技的进步，人民生活水平的提高均有重要的意义。
目前，市场上使用最多的是Pb（Zr、Ti）O3（PZT）系压电陶瓷材料。
PZT系压电陶瓷具有优异的压电性能，并且可以通过参杂改性来满足不同的性能要求，因而广受欢迎。
但这些陶瓷中PbO的含量超过60%[2]，而PbO是一种易挥发的有毒物质，其被人体吸收后会在人体内集聚，引起铅中毒，使人的神经系统受到损伤，严重的可能导致脑瘫和肾功能衰竭。
[3]此外，铅基陶瓷在生产、使用过程中以及废弃后的处理过程中都会对环境产生严重危害，并且通过水和食物链进行扩散[4]。
近年来随着人们环保意识的增强，人们越来越意识到铅的危害。
为了人民的身体健康，许多国家已立法禁止使用含铅电子材料。
如欧盟规定到2006年7月1日，所以新生产的电子材料都不能含铅[5]。
但在压电陶瓷方面，铅基陶瓷还无法被取代，故只能把含铅压电陶瓷列在禁止名单之外。
但开发无铅压电陶瓷仍是大趋势。
在国际政策和经济利益以及科学探索精神的共同驱使下，这几年无铅压电陶瓷的研究很热，国内外专家学者都做了大量的探索，并取得了不少进步。
1.2 无铅压电陶瓷分类及研究现状现在在研究的无铅压电陶瓷主要分钙钛矿结构材料和非钙钛矿结构材料。
非钙钛矿结构材料有铋层状结构材料和钨青铜结构材料。
1.2.1 铋层状结构材料铋层状结构铁电体是由二维的钙钛矿层和(Bi2O2)2+层有规则地相负交替排列而成,,化学通式为(Bi2O2)2+(A m-1B m O3m+1)2-,此处,A为Bi3+、Pb2+、Ba2+、Sr2+、Ca2+、Na+、K+、La3+、Y3+、U3+、Th4+等适合于12配位的+1、+2、+3、+4价离子或由它们组成的复合离子,B为Ti4+、Nb5+、Ta5+、W6+、Mo6+、Co3+、Cr3+、Zr4+等适合于八面体配位的离子或由它们组成的复合离子,m为一整数,对应于钙钛矿层厚度方向的原胞数[6].铋层状结构无铅压电陶瓷具有居里温度高, 其中Bi3NbTiO9作为这些材料中居里温度最高的一种，Tc达到914℃，另外它还有介电击穿强度大,介电损耗低,性能各向异性大以及温度、应力性能稳定等特征.所以,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EC高., 现有报道的这类材料的d33最高值才25pC/N[7].且介电温度也很低。
pzt压电陶瓷晶体结构
pzt压电陶瓷晶体结构
摘要：
1.PZT压电陶瓷简介
2.PZT压电陶瓷的晶体结构
3.PZT压电陶瓷的性能与应用
4.我国在PZT压电陶瓷领域的研究进展
正文：
一、PZT压电陶瓷简介
PZT（lead zirconate titanate，铅锌钛酸盐）压电陶瓷是一种具有优良压电性能的陶瓷材料。
在自然界中，PZT矿物稀少，因此，科学家们通过研究和合成，成功制备出了具有高精度、高性能的PZT压电陶瓷。
二、PZT压电陶瓷的晶体结构
PZT压电陶瓷的晶体结构属于四方对称结构，其化学式为PbZrO3-PbTiO3。
在这种结构中，钛酸铅（PbTiO3）和锆酸铅（PbZrO3）以固溶体的形式存在，共同赋予了PZT压电陶瓷优异的性能。
三、PZT压电陶瓷的性能与应用
1.压电性能：PZT压电陶瓷具有较高的压电常数、较低的介电常数和良好的疲劳稳定性，使其在声学、振动和能量转换等领域具有广泛的应用。
2.铁电性能：PZT压电陶瓷具有较高的铁电储能密度，使其在电磁屏蔽、存储器和传感器等领域具有重要应用。
3.机电转换性能：PZT压电陶瓷具有良好的机电转换效率，广泛应用于超
声波换能器、马达、致动器和机器人等领域。
4.我国在PZT压电陶瓷领域的研究进展：近年来，我国在PZT压电陶瓷材料的研究取得了显著成果，包括制备工艺的优化、性能的提高和新材料的研发。
这些成果为我国在压电陶瓷领域的创新发展奠定了基础。
综上所述，PZT压电陶瓷作为一种高性能的陶瓷材料，在多个领域具有广泛的应用。