先進(jìn)陶瓷國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：晶粒尺寸對(duì)壓電陶瓷性能的影響

?? ? ?壓電陶瓷是一類(lèi)通過(guò)壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的重要功能陶瓷,廣泛應(yīng)用于信息傳感、醫(yī)療健康、軍工國(guó)防、航空航天等領(lǐng)域。至今,研究最多的壓電材料是具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷。

?? ? ?然而,由于PZT陶瓷中鉛的易揮發(fā)性和高毒性、人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求,近年來(lái),隨著對(duì)無(wú)鉛壓電陶瓷研究的投入,以鈮酸鉀鈉 ((K,Na)NbO3,KNN),鈦酸鉍鈉 (Na0.5Bi0.5TiO3, BNT),鐵酸鉍 (BiFeO3,BFO)為代表的新型無(wú)鉛壓電陶瓷在性能上有了巨大突破,成為了有望替代PZT的理想材料。時(shí)至今日,高性能無(wú)鉛壓電陶瓷應(yīng)用在諸如大功率器件、多層致動(dòng)器等方面所表現(xiàn)出的性能甚至優(yōu)于PZT陶瓷。

?? ? ?壓電陶瓷的介電、壓電及鐵電性能均會(huì)隨著其晶粒尺寸的改變而改變,這種物理現(xiàn)象被稱(chēng)作壓電陶瓷的晶粒尺寸效應(yīng)。隨著電子工業(yè)的需要和陶瓷制備技術(shù)的發(fā)展,壓電器件呈現(xiàn)微型化、薄層化和高集成的發(fā)展趨勢(shì)。壓電陶瓷的晶粒尺寸效應(yīng)也受到了越來(lái)越多的關(guān)注。一些研究表明壓電性能的晶粒尺寸效應(yīng)與陶瓷制備過(guò)程,如制備方法、燒結(jié)工藝等因素都有密切聯(lián)系。

?? ? ?本文對(duì)BT和PZT,以及以KNN和BNT為代表的高性能無(wú)鉛壓電陶瓷的晶粒尺寸對(duì)壓電性能影響的研究工作進(jìn)行總結(jié)。同時(shí)還歸納了這些體系中晶粒尺寸的調(diào)控方法,以期其他壓電陶瓷體系的晶粒尺寸調(diào)控提供借鑒。最后,本文指出了無(wú)鉛壓電陶瓷中壓電晶粒尺寸效應(yīng)研究的一些難點(diǎn)與挑戰(zhàn),并對(duì)未來(lái)壓電性能晶粒尺寸效應(yīng)的研究方向做出展望(圖1)。

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文章內(nèi)容

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?? ? ?結(jié)　論?本文全面綜述了BT,PZT,KNN和BNT 鈣鈦礦壓電陶瓷中的壓電性能晶粒尺寸效應(yīng)的研究進(jìn)展,系統(tǒng)地總結(jié)了不同體系中的晶粒尺寸調(diào)控方法,詳細(xì)介紹了晶粒尺寸對(duì)壓電性能的影響,并對(duì)幾種理論機(jī)制進(jìn)行了闡述?？傮w看來(lái),鐵電疇在不同體系的壓電性能晶粒尺寸效應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。同時(shí),摻雜改性或制備工藝不同會(huì)引起材料本身的相結(jié)構(gòu)、疇結(jié)構(gòu)、缺陷及化學(xué)成分的改變,這些因素也會(huì)影響材料中疇的響應(yīng),從而間接對(duì)壓電性能的晶粒尺寸效應(yīng)產(chǎn)生影響。雖然在不同體系中壓電 晶粒尺寸效應(yīng)表現(xiàn)各異,但不可否認(rèn)的是,調(diào)節(jié)晶粒尺寸是調(diào)控其壓電性能的有效手段. 深入研究相關(guān)理論機(jī)制從而推動(dòng)晶粒尺寸調(diào)控工程的進(jìn)步將是未來(lái)研究的熱點(diǎn)方向。我們希望此綜述能夠幫助相關(guān)科研工作者加深對(duì)壓電陶瓷材料中壓電性能晶粒尺寸效應(yīng)的認(rèn)識(shí)與理解,為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)高性能壓電材料提供借鑒。參考文獻(xiàn)：晶粒尺寸對(duì)鈣鈦礦型壓電陶瓷壓電性能的影響?劉亦軒、李昭、湯浩正、逯景桐、李敬鋒、 龔文、王軻 Acta Phys.Sin. Vol.69,No.21(2020) 217704

?? ? ?轉(zhuǎn)載自：先進(jìn)陶瓷材料

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