na0.5bi8.5ti7o27基共生铋层状结构无铅压电陶瓷的性能研究

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1、分类号学校代码10408密级研究生学号1520021012Na0.5Bi8.5Ti7O27基共硕士学位论文生铋层状结构无Na0.5Bi8.5Ti7O27基共生铋层状结构无铅压电陶瓷的铅压电性能研究陶瓷的StudyonNa0.5Bi8.5Ti4O15BasedInter-growthBismuth性能Layer-structuredLead-freePiezoelectricCeramics研究学位申请人汪鹏彬导师姓名及职江向平教授称陈超副教授专业名称材料科学与工程研究方向功能陶瓷材料所在学院材料科学与工程学院论

2、文提交日期2018-5景德镇陶瓷大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

3、本人授权景德镇陶瓷学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要Na0.5Bi8.5Ti7O27(NBT-BIT)共生铋层状结构无铅铁电体具有高居里温度(655℃)、较大的剩余极化强度、低老化率以及优秀的光-电耦合性能等优点而广泛应用于高温高频铁电材料领域与非易失性铁电存储器件领域，且NBT-BIT陶瓷具有较低

4、的声子能量、优异的物理化学稳定性和环境友好等特点，被认为是一类良好的稀土发光基质材料。因此研究和发展铋层状铁电氧化物材料的电学及光学性能在光-电多功能器件应用领域中有着巨大潜力。本文首先分析了W6+离子对NBT-BIT共生铋层状陶瓷的结构和电学性能的影响，然后研究了稀土离子Sm3+、Ho3+掺杂对NBT-BIT陶瓷的电学及光学性能的关系。首先，采用固相烧结法制备Na0.5Bi8.5Ti7-xWxO27(NBT-BIT-xW,0.00≤x≤0.10)铋层状高温压电陶瓷材料，研究了NBT-BIT-xW陶瓷的结构和电

5、学性能。发现所有样品均为单一的铋层状结构；样品的正交畸变程度随x的增加逐渐下降，与居里温度T6+c减小的趋势一致；拉曼光谱也表明W离子的掺杂降低了正交畸变程度；随着掺杂量x的增加，样品的平均晶粒尺寸逐渐减小，剩余极化2Pr、场致应变S33和压电常数d33均先增大后减小，在掺杂量为0.07mol时达到最大值分别为9.66μC/cm2、0.043%、23pC/N；交流电导率遵循Jonscher幂律公式：ntotal=dc+A(0＜n＜1)，在Tc温度下，样品的交流电导机制为氧空位跳跃机制，在居里温度以上区域，

6、对应着非重叠小极化子隧道(NSPT)模型；通过阻抗图谱分析，W6+掺杂显著降低电导率，在不同气氛处理后样品的阻抗分析表明NBT-BIT-xW陶瓷高温下的电导主要为空穴和氧离子混合型电导。其次，采用固相法制备Sm3+离子掺杂Na0.5La0.5Bi8-xSmxTi7O27(NBT-BITL-xSm，0≤x≤0.03)铋层状结构陶瓷材料，系统地研究了其结构与电学、荧光发光性能的关系。陶瓷样品均为单相正交结构；拉曼光谱分析表明Sm3+离子主要进入类钙钛矿层中取代了A位的Bi3+离子而未进入(Bi2+2O2)层，提高了

7、A位阳离子的无序度并降低了TiO6八面体的畸变程度；随着掺杂量x的增加，样品的平均晶粒尺寸逐渐增大、孔隙减少；NBT-BITL-xSm陶瓷样品在407nm波长激发下发射出红橙光，x=0.015mol时，陶瓷样品的荧光强度达到最佳值，且电学性能优异：d33=23pC/N，Q3+m=2440，kp=4.27%；介电测试显示Sm掺杂改性降低了NBT-BITL-xSm陶瓷在高温下的介电损耗tan，阻抗图谱研究表明NBT-BITL-xSm陶瓷的电导激活能随Sm3+离子浓度升高而增加，这归因于氧空位的减少，表明该材料在高

8、温光-电耦合领域具有很好的应用前景。I最后，采用固相法制备Ho3+离子掺杂铋层状结构Na0.5Bi8.5-xHoxTi7O27(NBT-BIT-xHo，0≤x≤0.02)，研究了不同Ho3+含量对样品的结构、电学与上转换发光性能的影响。所有样品均为单相的共生结构，没有杂相生成，Ho3+掺杂未引入其他杂相；适量Ho3+离子掺杂使样品的居里温度升高、介电损耗降低、压电常数d33得到提高；当