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1、(Na,K)NbO3基无铅压电材料(Na,K)NbO3基无铅压电陶瓷的研究进展摘要关键词：无铅压电陶瓷；锐酸钠钾；钙钛矿；铁电体；容差因子；综合评述Abstract:Thispapermainlyreviewsrecentadvancesindevelopmentof(Na,K)NbO3-basedlead-freepiezoceramicsystem,including,thepressurizedsolid-statesinteringprocess,liquid-phase-assistedsinteringprocess,chemicalcompo
2、sitionmodification,phasestructurecontrolling,andrelatedmechanismstudies.Inaddition,theapplicationperspectiveson(Na,K)NbO3-basedlead-freepiezoceramicsformedicalultrasonictransducersarealsointroduced.Keywords:lead-freepiezoelectricceramics;potassiumandsodiumniobate;perovskite;ferroe
3、lectrics;tolerancefactor;review压电陶瓷作为一类重要的功能陶瓷，在电了信息、超声换能、传感器、无损检测等技术领域已获得广泛应用。［I］压电材料及器件具有直接实现电能与机械能直接转换的功能，其工作原理源自力-电耦合的压电效应，涉及材料、物理、力学等多学科交叉。［2］压电材料不仅用途广泛，而且其相关材料科学与应用技术的研究一直经久不衰。目前，市场上大规模使用的圧电陶瓷材料体系主要是铅基圧电陶瓷，即PbTiO3-PbZrO3、PbTiO3-PbZrO3-ABO3(ABO3为复合钙钛矿型铁电体)及PbTiO3系压电陶瓷等。卩-5］铅系
4、压电陶瓷具有优异的压电性能，并且可以通过掺杂取代来调节其性能以满足不同需求，但是这些陶瓷材料屮PbO(或Pb3O4)的质量约占60%左右。铅基压电材料在生产、使用及废弃后的处理过稈屮都会给人类及生态坏境带來严重危害，溶解在酸雨中的铅可以通过水和动植物而直接或间接地侵入人体，从而影响人的神经系统；因此新型环境友好的压电陶瓷材料已经成为卅界发达国家研发的热点材料乙一，(Na,K)NbO3基无铅压电陶瓷是目前最受关注的无铅压电陶瓷体系。［6-7］实际上，早在1959年，美国学者Egcrton和Dillon就研究了(Na,K)NbO3陶瓷体系的压电性，并且在摩尔比
5、n(Na)/n(K)=1时，即在(Na0.5K0.5)NbO3陶瓷屮获得机电耦合系数峰值，这是碱金属锐酸盐陶瓷研究的开端。［8］在此Z前，Cross在1958年曾报道(Nal-xKx)NbO3单晶的双电滞回线,［9］Shirane等［10］在1954年报道(Na,K)NbO3体系的介电性能和相转变行为特征；但是，传统陶瓷制备丁艺很难获得致密的(Na,K)NbO3陶瓷，Egcrton和Dillon用传统制备工艺制备的(Na0.5K0.5)NbO3陶瓷的压电常数(d33)仅为80pC/N,机电耦合系数(kp)为0.36o［8］热压法能够获得相对密度趋于99%的
6、(Na0.5K0.5)-NbO3陶瓷,其Curie温(0c)42O°Cd33可达160pC/N,kp为0.45。［11］此后，由于研究发现含铅Pb(ZrxTil-x)O3(PZT)系陶瓷在准同型相界(morphotropicphase第1页boundary,MPB)附近表现出极其优异的压电性能，［3］使含铅PZT系陶瓷的研究得到长足发展，其研究和应用几乎占领了整个压电陶瓷领域。与此同时，(Na,K)NbO3基压电陶瓷由于其压电性能低以及自身在陶瓷制备过程屮存在的一系列题，其研究早已远远落后于含铅PZT系陶瓷的。2004年，Saito等［12］在(Na,K)
7、NbO3基无铅压电陶瓷研究领域取得重要突破，即采用反应模板晶粒生长(reactiontemplatedgraingrowthRTGG)法制备的织构型Li、Ta和Sb共掺杂改性的(Na,K)NbO3基无铅压电陶瓷具有和商川PZT4压电陶瓷相媲美的性能。近年来，(Na,K)NbO3基无铅压电陶瓷的研究取得了系列进展，图1是从1ST科学网站检索到的(Na,K)NbO3基无铅压电陶瓷£12004年至2009年5月的SCI论文发表情况变化趋势，可以看出：(Na,K)NbO3基无铅压电陶瓷研究在世界范围第2页交和三方结构，而沿肴任意的［hkO］和［hkl］方向变形则分
8、别形成单斜和三斜结构。这种变形通常伴随氧八面体的扭曲，使B位离了偏
