《鈣鈦礦結構無鉛壓電陶瓷的性能最佳化與可控制備研究》是依託四川大學，由朱建國擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：鈣鈦礦結構無鉛壓電陶瓷的性能最佳化與可控制備研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：朱建國
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高性能無鉛壓電陶瓷是近年國際新材料研究的前沿和熱點之一。本項目選擇鈣鈦礦結構的KNN和BNT基陶瓷體系，針對陶瓷的“相結構調控與壓電性能”、“巨觀性能增強與微結構特徵”、“性能最佳化與多層次可控制備”等三個關鍵科學問題開展研究；包括：採用固相法、模板法、溶膠凝膠法等技術製備陶瓷和薄膜；採用XRD、PFM、球差校正TEM、同步輻射等表征材料組分、晶格結構、相變與電疇；研究材料在外界條件下的回響特性及工藝對結構和性能的影響；掌握材料的摻雜機理、相界調控原理、多元複合和性能最佳化規律；掌握材料多層次可控制備原理與技術；提高材料的溫度和工藝穩定性；製備出壓電活性高、性能和工藝可控的新型高性能無鉛壓電陶瓷，並研製出頻率、換能等原型器件。本項目重要、緊迫，對無鉛壓電陶瓷和器件具重要意義；發表高水平SCI收錄論文40餘篇；申請或授權獲發明專利10項以上；培養博碩士30餘人；建設一支國際上有影響的研發團隊。
結題摘要
高性能壓電材料在現代電子信息產業中套用十分廣泛，但目前使用的壓電材料主要是鋯鈦酸鉛陶瓷和鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛單晶（鉛含量占60%以上）等。由於含鉛材料在製備、使用、回收和廢棄的過程中，都會給環境和人類健康帶來嚴重損害。因此，包括我國在內的多國政府已經在電氣電子產業中推進了一系列無鉛化的法律性規定。隨著綠色環保和人類可持續發展的迫切需要，高性能無鉛壓電陶瓷成為近年國際新型無機功能材料研究的前沿和熱點之一。本項目以鈣鈦礦結構 KNN和BNT基陶瓷體系為研究對象，針對陶瓷的“相結構調控與壓電性能”、“巨觀性能增強與微結構特徵”、“性能最佳化與多層次可控制備”等三個關鍵科學問題開展研究：採用固相法、模板晶粒法、溶膠凝膠法等技術製備陶瓷和薄膜；採用XRD、PFM、球差校正TEM、同步輻射等表征材料組分、晶格結構、相變與電疇；研究材料在外界條件下的回響特性及工藝對結構和性能的影響；掌握材料的摻雜機理、相界調控原理、多元複合和性能最佳化規律；掌握材料多層次可控制備原理與技術；提高材料的溫度和工藝穩定性；發現了相界調控新原理，通過組分設計、相界調控、多元摻雜，本項目團隊所研製非織構KNN基陶瓷的壓電性能（壓電常數d33高達~570 pC/N、平面機電耦合係數kp~45%）已達到世界最好水平；通過組分調控、優選模板、最佳化流延、燒結等工藝獲得了<001>c織構度高達98%，d33高達~700 pC/N, kp~76%的高性能KNN基織構陶瓷，其壓電性能已達到世界最好水平；通過組分調控實現了BNT基薄膜良好的外延生長和對極化翻轉的調控；掌握了變價金屬離子對KNN基薄膜的影響機制和規律及KNN薄膜中的局域不均勻結構及其與高性能之間的關係; 研製了多種無鉛壓電原型器件。發表SCI收錄論文150餘篇（其中ESI高被引論文9篇）；出版英文專著1部；申請或授權國家發明專利45項（已授權20項）；舉辦3次國際會議、參加30多次國內外學術會議；培養2名國家級優秀青年人才；培養並授位博碩士研究生45人；建設了一支國際上有影響的研發團隊，引領了KNN基和BNT基無鉛壓電陶瓷材料研究的新方向。
