[发明专利]铁电固溶体铌镱酸钡-钛酸铅及其制备和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的电功能材料，特别是涉及一种新型的铁电陶瓷材料。具体而言，本发明涉及到具有准同型相界（MPB）结构且居里温度相对较高的铁电材料，以及陶瓷的制备方法、结构和电学性能。

背景技术：

铁电材料由于其优异的性能在医学、国防、民用等方面有着广泛而实际的应用。经历大约六十年的发展历程，已经发展为具有优异压电性能的倍受人们关注的阶段：(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3) O₃-xPbTiO₃ (简称：PMN-PT)和(1-x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3) O₃-xPbTiO₃ (简称：PZN-PT)体系。 PMN-PT和PZN-PT由于其高的机电耦合系数(k₃₃ > 90%)和超高压电系数(d₃₃ > 2000)而成为新一代超声换能器、传感器和驱动器的核心压电材料。但是此类材料有几类缺陷，如居里温度低(140-170 °C)和MPB相变温度低(< 80 °C)，容易退极化，实际应用的温度范围窄；含铅量大，在使用过程中给环境和人类健康造成危害；介电常数不够高，在介电方面的应用受到限制等。因此，我们希望探索一种新型的高居里点、高性能的无铅、少铅铁电材料，以适用当前铁电材料的发展要求。(1-x)Ba(Mg_1/3Nb_2/3) O₃-xPbTiO₃ (BMN-PT)和(1-x)Ba(Zn_1/3Nb_2/3) O₃-xPbTiO₃ (简称：BZN-PT)作为新型的少铅铁电材料的研究已经有所报导，它们在一定程度上减少了铅对环境和人类的危害问题，但是居里温度仍不够高，所以，我们希望找到一种居里点更高，性能更好的固溶体系。

以PbTiO₃为基的铁电固溶体由于具有优越的压电性能，使其在机电转换方面的应用得到广泛的关注，而这种好的压电性能通常出现在MPB附近。因为在体系的MPB附近，材料处于更易随电场反转的多畴状态，具有高的电学活性，从而具有高的压电效应。同时，由于处于MPB中的两相能量比较接近，这使得它们之间更容易发生能量耦合，从而产生高的耦合系数。因此，具有MPB结构的铁电固溶体系成为寻找性能优越的铁电材料的一个重要方向。

关于(1-x)Pb(Yb_1/2Nb_1/2) O₃-xPbTiO₃ (简称：PYN-PT)的研究，已有不少报导，它的性能很好，但结构不稳定、含铅量又高，应用上受到限制。而在PYN-PT 中添加少许的Ba²⁺可以起到稳定结构的作用，这也提示了我们来研究BYN-PT固溶体系。与PYN-PT相比，该体系的铅含量减低，减少对人类和生态环境的危害；另一方面，随着PT含量的增加，BYN-PT呈现从介电体到介电弛豫体, 到弛豫铁电体, 再到普通铁电体的连续过渡，这为深入了解钙钛矿型铁电固溶体的结构性能研究提供了理想的研究对象。因此，我们开展对BYN-PT固溶体系的研究。通过陶瓷材料的制作来确定MPB区域，测定陶瓷的结构、介电和铁电性能，进一步研究MPB区域组分的单晶生长、结构和性能，并且系统研究该体系的结构与性能之间的关系，为探索新型铁电固溶体系提供指南。

发明内容：

本发明的目的在于公开一种全新的铁电固溶体系(1-x)Ba(Yb_1/2Nb_1/2)-xPbTiO₃ (0 < x < 1)，简称BYN-PT。

为实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明制备的新型铁电固溶体铌镱酸钡-钛酸铅，该固溶体化学式为      (1-x)Ba(Yb_1/2Nb_1/2)O₃-xPbTiO₃ (0 < x < 1)，属于钙钛矿型结构。该固溶体陶瓷存在准同型相界，且组成范围为0.65 < x < 0.70。