钛酸铋钠基陶瓷的掺杂与电卡及储能特性研究

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1、摘要摘要钛酸铋钠（BiNaTiO）作为一种新型的A位复合离子钙钛矿无铅压电材料具有0.50.53优异的铁电压电性能。它的机电耦合系数各向异性较大（k约50%，k约13%），用作tp厚度振动的振子，容易除去不必要的振动；居里温度较高（320℃）；相对介电常数较小（240~340℃）；热释电性能与BaTiO和PbZrTiO相当；声学性能好（N＝3200Hz•m）；33p而且烧结温度低，一般在1200℃以下，被认为是最有可能取代PbZrTiO的无铅材料之3一。本文主要采用固相烧结法制备BiNaTiO为基体的陶瓷。研究不同掺杂对0.50.53BiNa

2、TiO材料的结构、铁电、介电、电卡和储能性能的影响。0.50.53首先，本文主要采用传统的固相法制备LaO掺杂的(BiNa)Ba0.06TiO(BNBT6)230.50.50.943陶瓷，并在LaO掺杂的BNBT6陶瓷中发现了大的电卡效应。主要研究并测量了材料23的介电和铁电性能。LaO掺杂的BNBT6陶瓷的电卡性能采用间接法计算。通过研究发23现LaO的引入有助于提升材料的电卡效应。在x=0.5wt%的陶瓷中得到了最大的绝热23温变

3、ΔT

4、=2.61K和电卡系数

5、ξmax

6、=0.052Kcm/kV。这样的结果要远超于之前关于62BiNaTi

7、O基陶瓷的报道。另外，x=1.0wt%的陶瓷由于退极化温度降低到室温附近，0.50.53导致材料在室温下具有绝热温变

8、ΔT

9、=1.954K和电卡系数

10、ξmax

11、=0.039Kcm/kV的性能。30这样的性能保证了LaO掺杂的BNBT6陶瓷能够成为优异的制冷材料。23其次，在BaZrO掺杂的0.80BiNaTiO-0.20BiKTiO（BNBK）陶瓷中获得30.50.530.50.53了较大的能量存储密度。本文中主要研究了(1-x)BNBK-xBaZrO的储能特性。通过韦伯3分布模型可以知道BaZrO主要通过提升BNBK材料的击穿场强来提升材料

12、的储能密3度。在电场为70kV/cm的作用下，材料最大的储能密度W=0.73J/cm3和储能效率h=0.751出现在0.96BNBK-0.04BaZrO陶瓷中，明显超过之前BiNaTiO基和含铅陶瓷材料。30.50.53另外，它的储能密度在30-100℃之间具有良好的温度稳定性。这些性能决定了(1-x)BNBK-xBaZrO陶瓷在储能设备上具有较大的应用潜力。3最后，在(1-x)(0.7NaBiTiO-0.3BiSrTiO)-xNaNbO（(1-x)BNBST-xNaNbO）0.50.530.20.7333陶瓷中，发现适量引入NaNbO并不改

13、变基体的钙钛矿结构，但是当过量引入会引起陶3瓷中第二相出现。另外，由于NaNbO的引入增加了BNTBST纳米极性微区向宏观极性3区域转变的难度，所以材料的击穿场强有所提升，从而进一步提高材料的储能密度。在电场90kV/cm的作用下，x=0.01样品的储能密度W=1.3J/cm，温度稳定性好，可充放31电循环使用近500次。这种材料的储能效率和储能密度都远超于之前的报道，是一种优异的储能材料。关键词：钛酸铋钠；掺杂；电卡效应；储能；IAbstractAbstract(BiNa)TiOisanewA-sitecomplexperovskitele

14、ad-freepiezoelectricmaterialswith0.50.53superiorpiezoelectricproperties.Theanisotropyofelectromechanicalcouplingcoefficientissignificantdifferent(k=50%,k=13%),andcanbeusedasthicknessvibration,becauseittpcandiminishtheuselessvibration.Thecurietemperatureishigher(320℃),andrel

15、ativedielectricconstantissmaller(240~340℃).ItspyroelectricpropertiesareclosetoBaTiOand3PbZrTiO,andacousticperformanceissuperior(N＝3200Hz•m).Inaddition,itssintering3ptemperatureislower,whichisbelow1200℃,anditisoneofthecandidateofPbZrTiO3materials.(BiNa)TiObasedmaterialsispre

16、paredbyconventionalsolidstatemethodin0.50.53thispaper.Theeffectonthestructure,ferr