稀土摻雜鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷光流明性能研究.pdf

1、近些年來，隨著日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和人類健康問題，環(huán)境友好型的無鉛壓電陶瓷引起了人們廣泛的關(guān)注。K0.5Na0.5NbO3(d33～80 pC/N，Tc～420℃)基無鉛壓電陶瓷由于其較高的壓電系數(shù)和居里溫度而被認(rèn)為是最有希望取代含鉛陶瓷的材料之一。但是相比較以Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT-5H)(壓電系數(shù)d33～593 pC/N)為代表的傳統(tǒng)的壓電陶瓷而言，無鉛壓電陶瓷較低的壓電常數(shù)d33使得它們很難在實(shí)際應(yīng)用中取代PZ

2、T-5H。通過稀土摻雜往往不僅可以提高無鉛陶瓷的壓電/鐵電性能，而且還使其具有光流明特性。因此，本文主要研究了稀土摻雜的KNN基無鉛陶瓷的壓電/鐵電及光流明特性，研究的主要內(nèi)容如下:
　　(1)研究了稀土Pr3+摻雜對K0.5Na0.5NbO3無鉛壓電陶瓷的壓電鐵電性能的影響。
　　通過高溫固相法制備了不同稀土摻雜濃度的K0.5Na0.5NbO3∶xPr(x=0％，0.1％，0.2％，0.3％，0.4％，0.5％)無鉛壓電陶

3、瓷。研究發(fā)現(xiàn)，稀土摻雜可以明顯提高KNN無鉛壓電陶瓷的壓電鐵電性能。當(dāng)Pr摻雜量為0.3％時(shí)，K0.5Na0.5NbO3∶xPr陶瓷的壓電系數(shù)d33提高了～25％(從86.6pC/N提高了108.4pC/N)，剩余鐵電極化也提高了～20％(從11.46μC/cm2提高了13.75μC/cm2)。當(dāng)三價(jià)的Pr3+不等價(jià)替換一價(jià)的(K0.5Na0.5)+后，為了保持電中性，A位會(huì)產(chǎn)生空穴，這就會(huì)減少材料的內(nèi)應(yīng)力，使得電疇運(yùn)動(dòng)更容易，最終導(dǎo)致

4、材料壓電性能的提高。
　　(2)研究了壓電鐵電極化對K0.5Na0.5NbO3∶xPr無鉛壓電陶瓷光流明特性的影響。
　　對材料進(jìn)行壓電鐵電極化處理后發(fā)現(xiàn)，K0.5Na0.5NbO3∶xPr無鉛壓電陶瓷的光流明特性有很大的提高。K0.5Na0.5NbO3∶0.3％Pr樣品極化處理后，光流明強(qiáng)度提高了～30％。這可能的原因是稀土離子的發(fā)光強(qiáng)度對晶體結(jié)構(gòu)非常敏感，而壓電鐵電極化處理會(huì)使稀土Pr離子周圍晶格環(huán)境對稱性降低，從而使得

5、材料光流明強(qiáng)度的提高。
　　(3)研究了稀土摻雜鈮酸鉀鈉基陶瓷發(fā)光性能隨組分的變化并將其用于壓電陶瓷相變監(jiān)測。
　?、?研究了NaNbO3含量對0.4％稀土Eu3+摻雜的K1-yNayNbO3(y=0.42～0.56)陶瓷的壓電和光流明性能的影響。當(dāng)y=0.5時(shí)，K1-yNayNbO3∶0.4％Eu壓電陶瓷陶瓷具有最優(yōu)的壓電和鐵電性能。而材料的光流明強(qiáng)度(615nm和393nm)隨y的增加，先減小后增大，在y=0.50時(shí)取得

6、最小值。
　　Ⅱ.通過高溫固相法制備了稀土Pr3+摻雜的無鉛壓電(1-z)K0.5Na0.5NbO3-zLiNbO3∶Pr(z=0-0.07)陶瓷。XRD結(jié)果表明，隨著z的增加，在z=0.05（準(zhǔn)同型相界）時(shí)出現(xiàn)了由正交相到四方相的相變。當(dāng)z從0增加至0.07時(shí)，位于603nm和650nm處的光流明強(qiáng)度先增加后減小，在z=0.05時(shí)獲得最大值。
　　基于本研究結(jié)果，有望發(fā)展一種新的檢測壓電材料結(jié)構(gòu)相變尤其是準(zhǔn)同型相界附近相變