《無鉛壓電陶瓷的缺陷調控與性能提高機理》是依託清華大學，由王軻擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：無鉛壓電陶瓷的缺陷調控與性能提高機理
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：王軻
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
無鉛壓電陶瓷因其對環境友好無污染成為近年來的研究熱點，而增強其壓電性能是當前的首要任務。現有研究表明缺陷對無鉛壓電陶瓷性能及工藝重複性都有巨大影響；但其作用機理仍不清晰。本項目將選取具有代表性的鈮酸鉀鈉（KNN）基無鉛壓電陶瓷體系，研究缺陷的表征、調控及其對性能的影響機理。首先利用高分辨透射電鏡、同步輻射X射線吸收精細結構分析等多種方法精確表征樣品中不同的缺陷類型及含量；進而採取實驗測試與理論計算相結合的方法釐清缺陷與宏微觀壓電特性之間的對應關係，勾畫出高性能無鉛壓電陶瓷中缺陷最佳化設計的圖像；最終有目的地進行缺陷調控從而提高工藝重複性及進一步提升壓電性能。本項目成果將明確缺陷對無鉛壓電陶瓷性能的影響機理和作用規律，有利於推動高性能無鉛壓電陶瓷的快速發展，並為加速其大規模實際套用奠定堅實的理論和技術基礎。
結題摘要
壓電材料因可實現電能與機械能的相互轉換而被廣泛套用於航空、航天、通訊、醫療等眾多重要領域。在壓電陶瓷材料中，以鋯鈦酸鉛陶瓷為代表的含鉛壓電陶瓷因其性能優異而套用最為廣泛。然而，基於環境保護的迫切要求，以及應對可能隨時到來的無鉛化變革對我國壓電產業造成的巨大影響，掌握高壓電性能和較好溫度穩定性的無鉛壓電陶瓷的製備方法並研究其性能提高機理具有重大意義。申請人及團隊圍繞項目計畫書中的三個研究內容，系統開展了關於缺陷控制來調控陶瓷性能的研究。使用高分辨透射電鏡、同步輻射X射線衍射、壓電鐵電測試系統等多種表征手段，並與理論計算相結合，取得了一些列突破性成果：(1) 通過設計材料組分和調控制備工藝，得到了含有不同缺陷種類和缺陷濃度的無鉛壓電陶瓷，並對缺陷進行了精確表征。(2) 釐清了缺陷對材料巨觀電學性能的作用規律，並進一步探明了缺陷對壓電性能的影響機制。(3) 開發出了具有高壓電回響和出色溫度穩定性的無鉛壓電陶瓷體系。(4) 通過缺陷調控，大幅度提高了無鉛壓電陶瓷的工藝重複性，為加速其大規模推廣套用奠定了理論與技術基礎。在Journal of the American Chemical Society, ACS Applied Materials & Interfaces等期刊共發表SCI論文19篇。本項目的成果明確了缺陷對無鉛壓電陶瓷性能的影響機理和作用規律，實現了缺陷對巨觀性能的調控，極大推動了高性能無鉛壓電陶瓷的快速發展。
