《新型(Bi0.5Na0.5)TiO3基複合體系準同型相界及其控制機制》是依託北京工業大學，由朱滿康擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型(Bi0.5Na0.5)TiO3基複合體系準同型相界及其控制機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：朱滿康
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本申請針對(Bi0.5Na0.5)TiO3基體系研究的關鍵問題-MPB處的退極化行為，以鉍基鈣鈦礦Bi(M'M)O3為第二組元構建BNT-鉍基鈣鈦礦新型複合固溶體系。在理論上利用第一性原理預測Bi(M'M″)O3的晶體結構和離子結合狀態；在合成方法上，選擇B位離子的種類和組合方式，控制第二組元的微觀結構，採用二步法和高壓合成燒結技術提高複合體系鈦礦穩定性，在寬的組成範圍內獲得鈣鈦礦結構的複合體系陶瓷；並通過現代研究手段，確定BNT複合體系MPB的組成、結構及其相變行為；從而通過結構參量（容差因子和B位離子位移等），建立MPB處的組成-結構-相變行為之間的關係，為尋找高電學性能和高退極化溫度的複合體系準同型相界區提供理論和實驗依據。
結題摘要
針對鈦酸鉍鈉(Bi0.5Na0.5TiO3，BNT)自身存在的退極化行為，本研究試圖選擇具有小的容差因子的鉍基鈣鈦礦Bi(B1B2)O3作為第二組元，與BNT形成複合體系，尋找其形成的準同型相界，並研究其附近的的鐵電與弛豫相之間的轉變形成。研究表明，選擇A位和B位雙複合結構的贗鈣鈦礦組元(Bi0.5Na0.5)(Zn0.5Ti0.5)O3(BNZT)，其與BNT之間形成穩定鈣鈦礦的能力較差，在BNZT加入量超過 mol.%時就易形成雜相，使體系的電學性能嚴重惡化。我們進一步選擇了兩種B位複合的鉍基鈣鈦礦Bi(Zn1/2Ti1/2)O3（BZT）和Bi(Mg1/2Ti1/2)O3（BMT）作為第二組元，重點研究了它們與BNT之間的相形成能力及其電學性能與第二組元加入量之間的關係。結果表明，在Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-BNT複合體系中，引入BaTiO3，有利於提高BZT的加入量。當BaTiO3加入量為4 mol.%時，BZT加入量10 mol.%在時，體系能保持鈣鈦礦結構；另外，BZT的加入，體系的三方結構沒有明顯的變化，但其弛豫性卻有明顯的變化。通過對陶瓷樣品各項電學性能的分析，BZT的加入誘使陶瓷內部更加彌散化，陶瓷的弛豫特性明顯增強。此外，對於BMT-BNT體系，研究中選擇了四方區0.88BNT-0.12BT與之複合。研究發現， BMT在BNT中有高的固溶特性，在BMT含量高達40mol.%時，固溶體均表現出純鈣鈦礦結構。但其組成決定的準同型相界在BMT加入量為2.0-4.0 mol.%左右，此時其最大壓電係數d33達到171 pC•N-1左右。透射電鏡觀察發現，隨著BMT的加入，其疇的形貌從具有四方特徵的條形疇向無序疇方向發展。隨著BMT含量的增加，彌散相的含量不斷上升，當陶瓷在巨觀上表現出較強的弛豫特性時（BMT≥3mol.%），陶瓷難以極化，壓電性能迅速劣化。但是正常鐵電相與弛豫鐵電相的轉化過程中，BMT的加入對於陶瓷的電致伸縮性能有明顯的最佳化作用，在BMT含量為4 mol.%達到最優值。
