Li、Ce掺杂对NBTa-CBN高温压电陶瓷性质的影响研究.pdf

第4 6卷 第2期压 电 与 声 光V o l.4 6 N o.22 0 2 4年4月P I E Z O E L E C T R I C S&A C OU S T OO P T I C SA p r.2 0 2 4 收稿日期:2 0 2 3-0 9-2 8 基金项目:国家自然科学基金资助项目(5 1 9 3 2 0 1 0)作者简介:徐鸿飞(1 9 9 8-),男,安徽省芜湖市人,硕士生。通信作者:陈强,男,四川省人,研究员。文章编号:1 0 0 4-2 4 7 4(2 0 2 4)0 2-0 1 8 4-0 7D O I:1 0.1 1 9 7 7/j.i s s n.1 0 0 4-2 4 7 4.2 0 2 4.0 2.0 0 9L i、C e掺杂对N B T a-C B N高温压电陶瓷性质的影响研究徐鸿飞,史 伟,官尚义,吴禹桐,陈 强(四川大学 材料科学与工程学院,四川 成都 6 1 0 0 6 4)摘 要:采用传统固相反应法制备了C a0.5(N a0.5B i0.5)0.5-3x(L i0.5C e0.5)3xB i2T a N b0.9 9M n0.0 1O9(C N B T NM-L C 1 0 0 x)高居里温度(TC)压电陶瓷。研究了L i、C e复合离子掺杂对陶瓷结构和电学性质的影响。结果表明,随着L i、C e掺杂量的增加,C N B T NM-L C 1 0 0 x陶瓷的晶体结构趋于由正交相向四方相转变,压电常数d3 3逐渐增大,当x0.0 4(x为摩尔分数)时,d3 3趋于降低。x=0.0 4时,具有最优的综合电学性能,d3 3约为1 5.9 p C/N,6 0 0 下直流电阻率约为5.91 05 c m,介电损耗t a n(1 MH z)约为7%,TC约为8 8 7。关键词:压电陶瓷;铋层状铁电体;高居里温度;N a0.5B i2.5T a2O9;C a B i2N b2O9中图分类号:T N 3 8 4 文献标识码:AE f f e c t o f L i、C e D o p i n g o n N B T a-C B N H i g h-T e m p e r a t u r e P i e z o e l e c t r i c C e r a m i c P r o p e r t i e sX U H o n g f e i,S H I W e i,G U A N S h a n g y i,WU Y u t o n g,C H E N Q i a n g(C o l l e g e o f M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g,S i c h u a n U n i v e r s i t y,C h e n g d u 6 1 0 0 6 4,C h i n a)A b s t r a c t:A C a0.5(N a0.5B i0.5)0.5-3x(L i0.5C e0.5)3xB i2T a N b0.9 9M n0.0 1O9(C N B T NM-L C 1 0 0 x)s o l i d-s o l u t i o n p i e z o-e l e c t r i c c e r a m i c w i t h h i g h C u r i e t e m p e r a t u r e(TC)w a s p r e p a r e d u s i n g t h e t r a d i t i o n a l s o l i d-s t a t e r e a c t i o n m e t h o d.T h e e f f e c t o f L i,C e c o m p o s i t e i o n d o p i n g o n t h e c e r a m i c s t r u c t u r e a n d e l e c t r i c a l p r o p e r t i e s w a s s t u d i e d.T h e r e s u l t s s h o w t h a t,w i t h i n c r e a s i n g L i,C e d o p i n g c o n c e n t r a t i o n,t h e c r y s t a l s t r u c t u r e o f C N B TNM-L C 1 0 0 x c e r a m i c s t e n d s t o t r a n s i t i o n f r o m o r t h o g o n a l t o t e t r a g o n a l,a n d t h e p i e z o e l e c t r i c c o n s t a n t d3 3 g r a d u a l l y i n c r e a s e s.Wh e n t h e m o l a r f r a c t i o n x0.0 4,d3 3 t e n d s t o d e c r e a s e.W h e n x=0.0 4,t h e c e r a m i c s a m p l e e x h i b i t s t h e b e s t c o m p r e h e n s i v e p e r-f o r m a n c e,w i t h d3 31 5.9 p C/N,a n d t h e D C r e s i s t i v i t y 5.91 05 c m a t 6 0 0.F u r t h e r,t h e d i e l e c t r i c l o s s t a n(1 MH z)7%,a n d TC8 8 7.K e y w o r d s:p i e z o e l e c t r i c c e r a m i c s;b i s m u t h l a y e r-s t r u c t u r e d f e r r o e l e c t r i c s;h i g h C u r i e t e m p e r a t u r e;N a0.5B i2.5-T a2O9;C a B i2N b2O90 引言压电振动传感器利用压电材料的压电效应,将接收到的振动加速度信号转变为电信号,从而实现对目标振动状态、结构健康的在线实时监测,在众多工业领域具有重要的应用价值。而对于航空航天、核能开发、地质勘探特种领域,压电振动传感器的工作环境温度可达2 5 0,基于传统的锆钛酸铅(P Z T)基压电陶瓷的压电振动传感器不能满足其应用需求。铋层 状 结 构 铁 电 体(B i2O2)2+(Am-1BmO3m+1)2-(B L S F s)因其具有比P Z T基压电陶瓷更高的居里温度(TC6 0 0)及优异的温度稳定性,在高温压电振动传感器领域有巨大的应用潜力1。B L S F s的结构由类钙钛矿层(Am-1BmO3m+1)2-与铋氧层(B i2O2)2+沿c轴交替排列形成2。其中m=16,表示类钙钛矿层的层数,A为1 2配位数的大半径离子(如K+、N a+、C a2+等),B为6配位数的小半径离子(如T i4+、T a5+、N b5+等)。近年来,典型的B L S F s材 料(如B i4T i3O1 2(B I T),C a B i2N b2O9第2期徐鸿飞等:L i、C e掺杂对N B T a-C B N高温压电陶瓷性质的影响研究(C B N),N a0.5B i2.5T a2O9(N B T a)等)已有研究。如钟等3采用传统固相法制备了L i、C e复合离子掺杂的C B T a基压电陶瓷,将压电常数d3 3从5.8 p C/N提升到8.1 p C/N。N a0.5B i2.5T a2O9作为典型的两层铋层状结构铁电体,因其居里温度高(TC7 8 0)及介电损耗低等优点而在高温压电器件领域有潜在的应用价值。N B T a基压电陶瓷压电活性较低,为了提高其性能,L o n g等4制备了L i/C e/S c复合离子掺杂的N B T a基固溶体陶瓷,使压电性能获得了较大提升,压电常数d3 3最高约为2 5.8 p C/N,居里温度保持在7 8 4。与N a B i2T a2O9相 比,C a B i2N b2O9虽 然 压 电性能较低(d3 3=6 p C/N),但居里温 度相对较高(TC9 4 0)。为了提高N B T a陶瓷的居里温度,本文将N B T a陶瓷与C B N陶瓷合成,利用L i、C e共取代A位的(N a B i),M n取代B位的N b,成功制备了C a0.5(N a0.5B i0.5)0.5-3x(L i0.5C e0.5)3xB i2T a N b0.9 9-M n0.0 1O9(C N B T NM-L C 1 0 0 x)固 溶 体 陶 瓷。当x=0.0 4时,陶 瓷 样 品 显 示 出 最 强 的 压 电 性 能(d3 3=1 5.9 p C/N)和高居里温度(TC=8 8 7)。此外,系统探寻了L i、C e含量对化合物结构与各种性能的影响。1 实验C a0.5(N a0.5B i0.5)0.5B i2T a N b O9(C N B T N),C a0.5(N a0.5B i0.5)0.5-3x(L i0.5C e0.5)3xB i2T a N b0.9 9M n0.0 1O9(C N B T NM-L C 1 0 0 x(x=0,0.0 1,0.0 2,0.0 3,0.0 4,0.0 5,0.0 6),分别记为L C 0L C 6)由传统固相反应法 合 成。初 始 原 料 包 括C a C O3(9 9%),B i2O3(9 9.9 9 9%),T a2O5(9 9.9 9%),N a2C O3(9 9.8%),N b2O5(9 9.9 9%),L i2C O3(9 9.9 9%),C e O2(9 9.9 9 9%)和M n C O3(9 8.2 1%)。首先根据化学式称量原料,将称量好的原料放在尼龙球磨罐中,加入无水乙醇作为分散剂,用Z r O2球球磨1 2 h后将浆料沥出并烘干。将烘干后的粉体倒入8 5 0 坩埚内预烧4 h。预烧完的粉体经二次球磨1 2 h,所得粉体以8%的P VA(聚乙烯醇)为粘合剂进行造粒后,压制成直径1 2 mm的坯片。坯片排胶后在1 1 5 0 烧结6 h得到最终的陶瓷样品。通过X线衍射仪(X R D)表征陶瓷的相结构,通过扫描电子显微镜(S EM)观察陶瓷微观结构。通过精密L C R表(H P 4 9 8 0 A)测试陶瓷介电常数和介电损耗的温度依赖性。通过压电力显微镜(P FM)测试畴结构。通过高温电阻仪(K e i t h l e y 6 5 1 7 B)测试2 0 07 0 0 间的直流电阻率。被银后陶瓷样品放入2 0 0 的硅油中,在1 0 k V/mm电场下极化3 0 m i n,样品静置2 4 h后,以准静态d3 3仪(Z J-3 A)测量其室温d3 3值。2 实验结果与分析图1(a)为C N B T N和C N B T NM-L C 1 0 0 x(x=0,0.0 1,0.0 2,0.0 3,0.0 4,0.0 5,0.0 6)陶瓷的X R D图谱(衍射角2为2 0 6 0)。由图1(a)可知,所有陶瓷样品的衍射峰都可以按N B T a的标准P D F卡片(P D F#9 7-0 0 5-1 8 6 5)进行指标化,未发现第二相,表明固溶体形成了典型的A u r i v i l l i u s相结构。(1 1 5)衍射峰都具有最大的强度,这符合B L S F s最强衍射峰是(1 1 2m+1)的事实5。图1(b)为放大的X R D图谱(衍射角2为2 8 3 4),当掺入L i、C e离子后,(0 0 8)衍射峰强度降低,这可能是由于L i、C e离 子 的 引 入 会 阻 碍 晶 粒 沿a-b方 向 的 生长6。另外随着L i、C e掺杂量的上升,(2 0 0/0 2 0)衍射峰趋于合并成单峰,表明陶瓷具有从正交相向四方相转变的趋势7。图1 陶瓷的X R D图谱表1为C N B T N和C N B T NM-L C 1 0 0 x陶瓷的单位晶胞体积与密度。单位晶胞体积通过J a d e软件拟合X R D图谱获得,体积密度通过阿基米德式排水法计算得到。在掺入L i、C e离子后,陶瓷样品的密度降低,可能是由于L i、C e离子的取代所导致的晶格畸变。同时相对密度降低,可能是由于L i、C e离子的掺杂引入了缺陷,使烧结过程中产生的氧空位浓度上升。而C N B T NM-L C 4陶瓷的相对密度在C N B T NM-L C 1 0 0 x陶 瓷 中 相 对 较 高(大于9 5%)。581压 电 与 声 光2 0 2 4年表1 不同成分陶瓷样品的单位晶胞体积与密度成分单位晶胞体积/n m3理论密度/(gc m-3)体积密度/(gc m-3)相对密度/%C N B T N0.7 4 4 6 1 78.1 7 48.1 0 19 9.1L C 00.7 4 3 4 0 08.1 5 27.9 5 99 7.6L C 10.7 4 2 6 1 18.1 6 07.8 0 69 5.7L C 20.7 4 2 2 4 58.1 5 67.6 6 19 3.9L C 30.7 4 2 4 9 08.1 3 77.7 0 39 4.7L C 40.7 4 2 0 3 18.1 3 07.7 6 89 5.5L C 50.7 4 2 7 3 38.1 1 57.6 9 79 4.8L C 60.7 4 3 6 0 08.0 8 67.5 8 59 3.8 C N B T N和C N B T NM-L C 1 0 0 x陶瓷样品经抛光并热蚀后的S EM照片如图2(a)(h)所示,C N-B T NM-L C 4陶瓷C e元素的映射图如图2(i)所示。由图2(a)(h)可见,所有陶瓷样品晶粒均是条形状,晶粒具有强烈各向异性,这是B L S F s材料的典型特征8。如图2(a)、(b)所示,C N B T N陶瓷异常长大晶粒较多,同时小晶粒也较多,晶粒大小呈双峰分布。随着M n离子的掺入,这一现象遭到抑制。如图2(c)(h)所示,当0.0 1x0.0 4时,随着L i、C e的掺入及掺杂量的上升,晶粒异常长大现象进一步减少,晶粒大小变得更均匀,进一步表明,L i、C e的掺入抑制了陶瓷晶粒沿a-b方向的增长。当x0.0 5时,随着L i、C e掺杂量的进一步增大,异常长大晶粒增加,同时孔洞增多。为了研究L i、C e掺杂后陶瓷微观结构的演变,测试了C N B T NM-L C 4陶瓷表面元素C e的分布,如图2(i)所示。由图可以看到,C e元素均匀地分布在陶瓷样品中,未出现团聚现象。图2 陶瓷的S EM照片和C e元素映射图表2为C N B T NM-L C 4陶瓷各元素离子含量对比,实际各元素离子含量由E D S测试得到。由表2可知,O2-实际含量降低,可能是由于高温烧结过程中氧空位的产生;C e离子实际含量与理论含量相符,表明C e离子成功地进入陶瓷晶格。由于部分C e离子会进入B位,这可能是T a5+/N b5+实际含量下降与N a+/B i3+/C a2+实际含量上升的原因。表2 C N B T NM-L C 4陶瓷各元素离子含量元素理论含量/%实际含量/%O6 4.2 96 4.1 3B i1 5.6 41 5.7 1T a7.1 47.0 9N b7.0 77.0 1C a3.5 73.9 1N a1.3 61.4 5C e0.4 30.4 4 图3为1 0 01 0 0 0 c m-1内C N B T NM-L C 1 0 0 x(x=0.0 1,0.0 4,0.0 6)陶瓷的拉曼光谱。通过洛伦兹函数可拟合得到9个独立的拉曼峰,分别位于1 5 5 c m-1,1 8 1 c m-1,2 1 6 c m-1,2 8 4 c m-1,3 3 4 c m-1,4 4 4 c m-1,5 8 3 c m-1,8 0 8 c m-1,8 3 8 c m-1附近。如图3所示,其中,1 8 1 c m-1和2 1 6 c m-1附近的峰来源于A位阳离子的振动,并且随着L i、C e含量 的 增 加,呈 现 出 向 低 频 方 向 偏 移 趋 势。2 8 4 c m-1,3 3 4 c m-1,4 4 4 c m-1,5 8 3 c m-1,8 0 8 c m-1,8 3 8 c m-1附近的峰主要与B O6八面体的扭转弯曲和拉伸振动有关,但随着L i、C e含量的增加,这些峰未发生偏移。这表明离子半径较小的L i、C e进入晶格A位部分取代了离子半径更大的N a、B i,并且L i、C e含量的变化对B位影响很小。图3 C N B T NM-L C 1 0 0 x陶瓷样品的拉曼图谱681第2期徐鸿飞等:L i、C e掺杂对N B T a-C B N高温压电陶瓷性质的影响研究以C N B T NM-L C 1和C N B T NM-L C 4陶 瓷 为例,利用X P S光谱进一步研究了L i、C e掺杂量对C N B T NM-L C 1 0 0 x陶瓷化学环境变化的影响,如图4所示。图4(a)为01 2 0 0 e V内C N B T NM-L C 1和C N B T NM-L C 4陶瓷的X P S图谱,其中标注出了N a,B i,C e,O,C元素的峰。图4(b)(f)为局部放大的X P S光谱。图4 陶瓷的X P S光谱及局部放大的X P S光谱将C-1 s作为标准校准图谱,其结合能为2 8 4.6 e V,如图4(b)所示。由于C e O2的掺杂量较低,在图4(a)中C e-3 d峰不明显,利用A v a n t a g e软件拟合分峰后可得到C e-3 d图谱,如图4(c)所示。C e-3 d图谱由3 d3/2和3 d5/2的特征峰组成,分别表示为v1、v2、v3、v4和u1、u2、u3、u4。v1/u1、v2/u2、v3/u3和v4/u4分别对应4对自旋轨道。v1/u1与C e3+-3 d有关,而v2/u2、v3/u3和v4/u4的峰对应于C e4+3 d,这表明C e在C N B T NM-L C 4陶瓷中存在2种价态,这与N b/T a/C e掺杂的B I T基陶瓷相似7。而C e3+的存在,可能是由于陶瓷在高温烧结过程中产生氧空位,破坏了系统价态的平衡,使结构发生畸变,从而诱导C e4+还原成C e3+。图4(d)、(e)为放大后的N a-1 s和B i-4 f图谱。与C N B T NM-L C 1陶瓷相比,C N B T NM-L C 4陶瓷N a-1 s和B i-4 f的结合能降低。这是因为L i+、C e3+的电负性分别小于N a+、B i3+9,当L i、C e复合离子进入晶格部分取代N a、B i复合粒子后,导致O-1 s的结合能降低,使氧原子核吸引价电子的能力降低,从而导致N a-1 s和B i-4 f的结合能降低。图4(f)为放大后的O-1 s图谱,通过拟合,在5 2 9 e V和5 3 0 e V处可得到2个独立的峰,分别对应于晶格氧(OL)和氧空位(OV)。OV峰面积与(OV、OL)峰面积之和的比值可用来 表 征 陶 瓷 中 氧 空 位 的 相 对 浓 度。对 于C N B T NM-L C 1和C N B T NM-L C 4陶瓷,OV/(OV+OL)的值从0.4 6降至0.3 9,这证明了适量掺杂L i、C e会降低陶瓷氧空位浓度。这可能是C N B T NM-L C 4陶瓷晶粒大小相对均匀的原因。图5为1 MH z下C N B T N和C N B T NM-L C 1 0 0 x陶瓷介电常数r、介电损耗t a n 随温度的变化。如图5(a)所示,在测量温度范围内,所有样品均可在8 7 58 9 5 内观察到1个明显的介电异常峰,对应于铁电相到顺电相的转变温度1 0。C N-B T N陶瓷的TC=8 7 5,掺入M n后,C N B T NM-L C 0陶瓷的TC略微下降,进一步掺入L i、C e后,C N B T NM-L C 1陶瓷TC明显升高,之后随着L i、C e掺杂量上升,陶瓷TC逐渐下降,当x=0.0 4时,TC=8 8 7。图5 1 MH z下C N B TN和C N B TNM-L C 1 0 0 x陶瓷r、t a n 随温度的变化在图5(a)中,对于C N B T NM-L C 1 0 0 x(0.0 1x0.0 6)陶瓷样品,在6 0 0 附近还可观察到微小的介电异常。一般有3种物理机制可用来解释小于TC的介电异常,包括相变、离子跳跃弛豫以及空间电荷弛豫。在C N B T N与C N B T NM-L C陶瓷介温曲线6 0 0 附近未发现介电异常,表明陶瓷的温度781压 电 与 声 光2 0 2 4年小于TC时介电异常,可能是由离子跳跃弛豫及空间电荷弛豫导致,而不是相变1 1。如图5(b)所示,所有陶瓷样品的t a n 随着温度上升而增加,在1 0 06 0 0 内保持稳定,在6 0 0 时t a n 1 1%,当x=0.0 4时,t a n 7%。图6(a)为C N B T N和C N B T NM-L C 1 0 0 x陶瓷的直流电阻率()随温度的变化。所有陶瓷样品的电阻率随着温度的升高而降低,表明载流子被热激活。4 0 0 以下,各组分的直流电阻率在低温具有较大差异,但随温度进一步升高,差值逐渐减小,各曲线趋于融合。这表明低温区(T4 4 0)具 有 不 同 的 传 导 机 制7。对 于C N B T N,随着温度升高而快速下降;而掺入M n后,图6 随温度及陶瓷成分变化的关系C N B T NM-L C 0的下降速度缓和;当进一步掺入L i、C e后,陶瓷的电阻率在低温区随温度升高的降低速率比C N B T N、C N B T NM-L C 0低。C N B T NM-L C 1的整体上呈最优高温绝缘特性。这主要是因为适量的C e掺杂使陶瓷中存在C e4+,C e4+取代B i3+的施主掺杂效应而产生电子与烧结过程中B i挥发而形成的氧空位复合达到优化平衡,降低了陶瓷体内导电载流子浓度。随着L i、C e掺杂量上升,逐渐降低。其原因是施主掺杂效应产生的电子与氧空位复合后有剩余电子充当导电载流子。图6(b)为所有陶瓷样品在6 0 0 时的直流电阻率。与C N B T N及C N B T NM-L C 0陶瓷样品相比,C N B T NM-L C 1陶瓷的电阻率提升了1个数量级,可达1.91 06 c m,C N B T NM-L C 4陶瓷电阻率为5.91 05 c m。阿伦尼乌斯方程:=0e x pEakBT (1)式中:0为指前因子;kB为玻尔兹曼常数。为了进一步说明导电机制,通过式(1)计算得到了活化能(Ea),如图7所示。图7 C N B T N和C N B TNM-L C 1 0 0 x陶瓷l n随温度变化图 由图7可见,l n-T曲线在4 4 0 附近存在一个转折点。当T4 4 0 时,活化能Ea为1.2 0 01.5 4 8 e V,对应于本征载流子导电机制;当T 4 4 0 时,Ea为0.5 9 01.2 4 7 e V,呈现非本征载流子导电机制。图8(a)为C N B T N和C N B T NM-L C 1 0 0 x陶瓷881第2期徐鸿飞等:L i、C e掺杂对N B T a-C B N高温压电陶瓷性质的影响研究的压电性能随组分的变化关系。C N B T N陶瓷的压电常数d3 3=9.5 p C/N,掺入M n后,C N B T NM-L C 0的d3 3提高到1 1.6 p C/N。在此基础上,进一步用L i、C e取代N a、B i后,C N B T NM-L C 1 0 0 x的d3 3随L i、C e掺杂量的增加而增加。当x=0.0 4时,d3 3达到最大值(为1 5.9 p C/N);当x进一步增加时,d3 3呈下降趋势。为了研究所制备的陶瓷样品的热稳定性,在选定的不同温度点对其退极化处理2 h后,在室温测试其d3 3值,结果如图8(b)所示。在1 0 03 0 0 内,所有陶瓷样品的d3 3值基本图8 d3 3随陶瓷成分及退火温度变化关系图不变,在4 0 08 5 0 间,d3 3值缓慢下降。由于非1 8 0 畴常认为是不稳定的,这一段退极化过程可归因于非1 8 0 畴在加热过程中的翻转1 2-1 3。当温度达到9 0 0 后,d3 3值骤降为0,表明陶瓷此时已由铁电相转变到顺电相。对于C N B T NM-L C 4,即使在8 0 0 退极化后,d3 3仍保持其室温值的8 0%。畴结构与压电材料的压电性密切相关。为了解释C N B T NM-L C 1 0 0 x陶瓷压电性能增强的机理,利 用P FM对C N B T NM-L C 1 0 0 x(x=0.0 1,0.0 4)陶瓷的畴结构进行了表征,结果如图9所示。图9(a)、(f)展示了C N B T NM-L C 1、C N B T NM-L C 4陶瓷的原始形貌图像,样品表面无明显划痕。由图9(b)、(c)、(g)、(h)可见,C N B T NM-L C 1的铁电畴主要呈细长条形,而C N B T NM-L C 4的畴则由尺寸较大的块状畴和更细小的长条形铁电畴组成。这可能是L i、C e掺杂量的增加破坏了晶格的长程铁电序,而晶粒尺寸的减小也会对畴尺寸产生影响。铁电畴的细化使畴密度增加,有利于压电性的增强6。图9 C N B T N-L C 1和C N B T NM-L C 4陶瓷的P FM图谱 为了进一步研究畴的翻转特性,在1 04 0 V条件下对样品进行了写畴测试,如图9(d)、(e)、(i)、(j)所示。由于C N B T NM-L C 1陶瓷的畴较大,与晶界之间的相互耦合作用强,在翻转过程中实现畴的定向排列较难,仅在施加4 0 V电压区域完成了大部分畴的翻转。图9(d)中施加2 0 V电压区的畴翻转可能是由施加4 0 V电压区的畴翻转带动。而在图9(i)中,C N B T NM-L C 4陶瓷在施加高电压区域内的畴基本上全部翻转,即使在施加1 0 V的小电压区也出现了翻转。其原因:1)随着掺杂量升高,陶瓷样品的电阻率变小。2)随着掺杂量升高,陶瓷样品的铁电畴尺寸变得更小,从而更利于电畴翻转。3 结束语采用传 统 固 相 法 制 备 了 高 居 里 温 度 铁 电 体C a0.5(N a0.5B i0.5)0.5-3x(L i0.5C e0.5)3xB i2T a N b0.9 9M n0.0 1O9(C N B T NM-L C 1 0 0 x)。测试结果表明,随着L i、C e掺杂量上升,陶瓷有从正交相转变为四方相的趋势。适量L i、C e掺杂会抑制晶粒沿a-b方向的生长,阻碍晶粒异常长大,有利于提高陶瓷的致密度。L i、C e的掺入使陶瓷的铁电畴细化,降低了畴翻转的驱 动 电 压。高 温 电 导 研 究 表 明,C N B T NM-981压 电 与 声 光2 0 2 4年L C 1 0 0 x陶瓷在低温时非本征载流子起主导作用,高温时本征载流子起主导作用。适量掺杂L i、C e可明显改善陶瓷的压电活性,当x=0.0 4时,陶瓷具有较高的综合性能,压电常数为 1 5.9 p C/N,居里温度为 8 8 7,6 0 0 下电阻率为5.91 05 c m、介电损耗t a n(1 MH z)约为7%,可望用于高温压电传感器的制作。参考文献:1 T AK E NAKA T,NA G A T A H.C u r r e n t s t a t u s a n d p r o s p e c t s o f l e a d-f r e e p i e z o e l e c t r i c c e r a m i c sJ.J o u r n a l o f t h e E u r o p e a n C e r a m i c S o c i e t y,2 0 0 5,2 5(1 2):2 6 9 3-2 7 0 0.2 MA T S U S H I TA M,AOYA G I R,TAK E D A H,e t a l.P i e z o e l e c t r i c p r o p e r t i e s o f s o d i u m b i s m u t h t a n t a l a t e N a0.5B i2.5T a2O9 d e n s e c e r a m i c sJ.J p n J A p p l P h y s,2 0 0 4,4 3(1 0):7 1 6 4-7 1 6 8.3 钟建强,王丹,石钰琳,等.C a B i2T a2O9基压电陶瓷的A位 掺 杂 改 性 研 究 J.压 电 与 声 光,2 0 1 9,4 1(4):5 0 3-5 0 8.Z HON G J i a n q i a n g,WANG D a n,S H I Y u l i n,e t a l.S t u d y o n A-s i t e d o p i n g m o d i f i c a t i o n o f C a B i2T a2O9 b a s e d p i e z o e l e c t r i c c e r a m i c sJ.P i e z o e l e c t r i c s&A c o u s t o o p t i c s,2 0 1 9,4 1(4):5 0 3-5 0 8.4 L ON G C h a n g b a i,F AN H u i q i n g,WU Y u n,e t a l.H o l e c o n d u c t i o n a n d e l e c t r o-m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f N a0.5B i2.5T a2O9-b a s e d p i e z o e l e c t r i c c e r a m i c s w i t h t h e L i+/C e3+/S c3+m o d i f i c a t i o nJ.J A p p l P h y s,2 0 1 4,1 1 6(7):0 7 4 1 1 1.5 Z HOU Z h i y o n g,L I Y u c h e n,HU I S h i p e n g,e t a l.E f f e c t o f t u n g s t e n d o p i n g i n b i s m u t h-l a y e r e d N a0.5B i2.5N b2O9 h i g h t e m p e r a t u r e p i e z o c e r a m i c sJ.A p p l P h y s L e t t,2 0 1 4,1 0 4(1):0 1 2 9 0 4.6 S H I W e i,GUAN S h a n g y i,L I X u,e t a l.A c h i e v e m e n t o f h i g h e l e c t r i c p e r f o r m a n c e s f o r b i s m u t h t i t a n a t e-b a s e d p i e z o c e r a m i c s v i a h o t p r e s s s i n t e r i n gJ.J o u r n a l o f t h e E u r o p e a n C e r a m i c S o c i e t y,2 0 2 2,4 2(1 5):6 9 6 8-6 9 7 6.7 Z HAN G F e i f e i,X U Y u g e n,YAN G H e n g,e t a l.E f f e c t s o f c e r i u m o n s t r u c t u r e s a n d e l e c t r i c a l p r o p e r t i e s o f(N b,T a)m o d i f i e d B i4T i3O1 2 p i e z o e l e c t r i c c e r a m i c sJ.J o u r n a l o f t h e Am e r i c a n C e r a m i c S o c i e t y,2 0 2 2,1 0 5(6):4 1 6 1-4 1 7 0.8 T ANWA R A,S R E E N I VA S K,GU P T A V.E f f e c t o f o r t h o r h o m b i c d i s t o r t i o n o n d i e l e c t r i c a n d p i e z o e l e c t r i c p r o p e r t i e s o f C a B i4T i4O1 5 c e r a m i c sJ.J A p p l P h y s,2 0 0 9,1 0 5(8):0 8 4 1 0 5.9 WANG H e p e n g,J I AN G X i a n g p i n g,CHE N C h a o,e t a l.S t r u c t u r e a n d e l e c t r i c a l p r o p e r t i e s o f C e-m o d i f i e d C a1-xC exB i2N b1.7 5(C u0.2 5W0.7 5)0.2 5O9 h i g h C u r i e p o i n t p i e z o e l e c t r i c c e r a m i c sJ.C e r a m i c s I n t e r n a t i o n a l,2 0 2 2,4 8(2):1 7 2 3-1 7 3 0.1 0MOUR E A,C A S T R O A,P A R D O L.A u r i v i l l i u s-t y p e c e r a m i c s,a c l a s s o f h i g h t e m p e r a t u r e p i e z o e l e c t r i c m a t e r i a l s:D r a w b a c k s,a d v a n t a g e s a n d t r e n d sJ.P r o-g r e s s i n S o l i d S t a t e C h e m i s t r y,2 0 0 9,3 7(1):1 5-3 9.1 1X I E X i n c h u n,Z HOU Z h i y o n g,L I AN G R u i h o n g,e t a l.S i g n i f i c a n t l y e n h a n c e d p i e z o e l e c t r i c p e r f o r m a n c e i n B i4T i3O1 2-b a s e d h i g h-t e m p e r a t u r e p i e z o c e r a m i c s v i a o x y g e n v a c a n c y d e f e c t s t a i l o r i n gJ.J o u r n a l o f M a t e-r i o m i c s,2 0 2 1,7(1):5 9-6 8.1 2T