[发明专利]一种新型压电材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料领域，特别涉及一种新型压电材料及其制备方法。

背景技术

压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差，称之为正压电效应；反之施加电压，则产生机械应力，称为逆压电效应。在现实生活中，压电材料具有机械能与电能之间转换和逆转换的功能。压电材料发电具有持久、清洁、免维护的特点，其具有超高的能量密度，其峰值能量密度可达100-10000Kw/Kg，而传统的电磁感应发电机存在能量密度低、耗能大、能量转化效率低、可靠性不高、难于维护等缺点。

压电材料是指具有压电效应的材料，其主要的特性是电致伸缩现象，也就是这种材料会因为电流的变化而产生形变。压电材料因为这一特性而成为重要的功能材料，并广泛应用于换能器、压电变压器、滤波器等领域，因此关于压电陶瓷的研究一直是个热点。但是目前应用最广泛、技术最成熟的是含铅的Pb(Zr，Ti)O3(简写为PZT)基多晶材料，但PZT这种材料在使用和制备过程中，由于成分中铅的易挥发性，由此引起铅污染的严峻问题，从而不可避免地会给环境和人类健康带来严重的危害。从环保的角度考虑，应逐步限制该种材料的使用，并最终淘汰该种铁电材料的使用，为此迫切需要开发无铅的铁电材料。2001年欧洲议会通过了关于“电器和电子设备中限制有害物质”的法令，并定于2006年实施，其中铅就被明确列为有害物质；随后日本也宣布将在2010～2015年间实验陶瓷的无铅化；我国也已经加入了“禁铅令”的行列。因此关于无铅压电材料的研究和开发应用迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术中含铅型污染环境，无铅化则存在机械品质因数较小、介电损耗大、烧结性能较差等缺陷，本发明的目的是提供一种新型压电材料及其制备方法，提高无铅压电材料的综合性能，以避免有铅压电材料过多使用对环境的污染。

本发明的技术方案如下：

一种新型压电材料，其化学组成为(K_0.2xV_0.2-xCs_0.5)(Ni_yMo_0.4-yNb_0.2y)O₃，其中，0.05≤x≤0.15，0.1≤y≤0.3。

优选的，所述x和y值满足如下关系式，0.08≤x≤0.10，0.15≤y≤0.25。

一种新型压电材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：按(K_0.2xV_0.2-xCs_0.5)(Ni_yMo_0.4-yNb_0.2y)O₃中化学计量比称取柠檬酸钾、硫酸氧钒水合物和氢氧化铯一水合物混合，边搅拌边升温，以速率1-3℃/min升温至100-110℃，保温反应30-40min，随后冷却得液A；

S2：按(K_0.2xV_0.2-xCs_0.5)(Ni_yMo_0.4-yNb_0.2y)O₃中化学计量比称取氧化镍、五氯化钼、一氧化铌，向其中加入乙醇溶液，固液比为2-5:10；在温度80-100℃搅拌回流1-2h，得液B；

S3：将步骤S1中所述液A和步骤S2中所述液B混合，加热至110-120℃，边搅拌边加入频哪酮，所述频哪酮为液A/液B混合物质量的5-10%，持续反应1-3h；

S4：将步骤S3中所得产物于经干燥、研磨、退火后即可得到所述新型压电材料。

优选的，步骤S1中以速率2℃/min升温至105℃，保温反应35min。

优选的，步骤S2中所述固液比为3:10，在温度85℃下搅拌回流1.5h。

优选的，步骤S3中加热至116℃，所述频哪酮为液A/液B混合物质量的8%，持续反应2.5h。

优选的，步骤S4中干燥温度120℃、干燥时间48h，退火温度500℃、退火时间1h。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明所述一种新型压电材料的制备方法，以柠檬酸钾、硫酸氧钒水合物和氢氧化铯一水合物制备得到液A，以氧化镍、五氯化钼、一氧化铌、乙醇溶液制备得到液B，之后在频哪酮的作用下，能够降低退火温度，节约能量。该方法制备得到的新型压电材料无铅环保，且压电常数高。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明。