铁电材料压电特性的研究现状分析研究 电气工程专业

铁电材料压电特性的研究现状摘要铁电材料包含铁电、压电、介电、热释电等性质。所有铁电材料都同一时刻拥有铁电和压电两种性质。铁电材料的压电性广泛应用于压电陶瓷上，压电陶瓷具有很重要的不可替代的作用，应用最广泛的压电陶瓷有PZT（锆钛酸铅）。但是其含有的PbO对人体和环境有害，所以无铅压电陶瓷的开发有重要意义，并且目前该产业的开发趋向就是无铅压电陶瓷。本文大致描述了铁电材料压电特性的发展历程和目前的研究成果，详细概括了几种压电性铁电材料的特点研究进展和应用领域最后综述了压电材料在未来需要攻克的难题和对未来发展的展望。关键词铁电材料压电材料压电特性压电陶瓷无铅压电陶瓷ResearchStatusofPiezoelectricPropertiesofFerroelectricMaterialsABSTRACTFerroelectricmaterialsincludeferroelectric,piezoelectric,dielectric,pyroelectricandsoon.Allferroelectricmaterialshavebothferroelectricandpiezoelectricproperties.Thepiezoelectricityofferroelectricmaterialsiswidelyusedinpiezoelectricceramics,Piezoelectricceramicshasaveryimportantirreplaceablerole,themostwidelyusedpiezoelectricceramicsarePZT.ButitcontainsthePbOharmfultothehumanbodyandtheenvironment,sothedevelopmentoflead-freepiezoelectricceramicsisofgreatsignificance,andthecurrenttrendofthedevelopmentofpiezoelectricceramicsindustryislead-freepiezoelectricceramics.Thispaperdescribesthedevelopmentofpiezoelectricpropertiesofferroelectricmaterialsandthecurrentresearchresults,thispaperintroducestheresearchprogressandapplicationfieldofthepiezoelectricpropertiesofseveralferroelectricmaterialsindetail.Finally,thepapersummarizestheproblemsofpiezoelectricmaterialsinthefutureandtheprospectoffuturedevelopment.KeywordsFerroelectricmaterialsPiezoelectricmaterialsPiezoelectriccharacteristicsPiezoelectricCeramicsLead-freepiezoelectricceramics

目录第1章引言 [24]。表3-7不一样的K/Na比例和Ag+1替换的KNN基无铅压电陶瓷的特性还有一些其他提高KNN压电性能的方法，比如：研制开发新型结构的KNN基陶瓷来提高它的电学性能；增强KNN电学性能还可以通过取代或改变其粒子的方法：添加第三组元同样的也能提高KNN陶瓷电学性能；通过掺杂提高KNN陶瓷性能结论本文主要综述了PZT以及各种无铅压电材料等铁电材料的压电特性及其改性方法的研究。随着压电效应的研究与发展，压电材料开始引起人们注意，并被用在了许多前景广阔的行业，如超声波换能器这种将输入功率转换成机械功率（即超声波）的器件。随着压电材料的不断发展及应用，我们将铁电体大致分为钙钛矿型、钨青铜矿型以及铌酸锂型铁电体。最终具有钙钛矿结构的锆钛酸铅（PZT）类型铁电体因其压电系数（d33）较大，从而在压电、铁电领域占据主导地位。但是，近几年人们对环境越来越重视，人们迫切的需要找到可以取代PZT基压电材料的压电铁电材料。国内外为了找到合适的无铅压电材料做出了很大的努力，进展却不尽人意，主要问题是无法找到一种各方面特性及稳定性方面都超过PZT类型的环保无铅的压电材料，所以PZT类型的铁电体仍在压电、铁电领域占有主导地位。国内外花费大量的人力物力去研究无铅的压电陶瓷，一方面是世界可持续发展潮流下的必然，另一方面对各国的经济发展也十分重要。所以即使研究进展缓慢，仍然有必要去投入研究，可见压电陶瓷的研究意义非凡。不可否认，国内外投入巨大的精力，研究成果还是有一些的，比如我们可以用一些掺杂的无铅压电陶瓷来代替一小部分的铅基压电陶瓷，使其在超声换能器中发挥一些作用。但是，总体来说，就目前的研究，我们还不能用无铅的压电陶瓷完全代替铅基压电陶瓷，在高级应用中，我们还是要使用高性能的含铅压电陶瓷。所以今后我们的研究方向就是通过改良无铅压电陶瓷的性能，去实现我们既环保又高效的目的。改良的方向如下：（1）新制备技术的研究和应用。为了使陶瓷的微结构显现出单晶体的特性，我们必须要研发出与传统陶瓷制备技术不同的新型制备技术。（2）对铁电压电理论进行基本的考究，把压电陶瓷的居里点尽量变高。对于不同的场合，采用不同的无铅压电陶瓷系统组合，现有的PZT陶瓷理论应用于无铅压电陶瓷，寻求与上述压电材料不同的新材料系统。提高压电陶瓷居里点是为了顺应在高温等恶劣环境下使用的要求。（3）开发纳米压电陶瓷。最近几年，陶瓷纳米化、纳米陶瓷、纳米器件是陶瓷逐步发展的必然趋势，也逐渐变为国际研究的一个新的热门。（4）研究新型计算方式（如分子动力学，有限元分析），找到提高微观压电性能的有效途径。模仿压电陶瓷的晶体力的变化，算出压电陶瓷的性质参数，探索一种提高压电陶瓷性能的方式。未来，无铅压电陶瓷的研究将着重阐述MPB区域的压电行为，铁电性，介电性能和微结构以及其在外部电场下的动态演化特性，成分调整对构造​​稳定性，铁电畴构造和压电特性的物理机能的影响，然后开发特性优异的无铅压电陶瓷并发展成为工业化。参考文献殷江；袁国亮；刘治国.铁电材料的研究进展[J].中国材料进展,2012,31(3):26-27石伟丽、邢志国、王海斗、李国禄、张建军，无铅压电陶瓷的研究现状[J].材料导报，2014,28（2）：45高云钛酸钡基无铅压电陶瓷压电性能的研究[D].天津：天津大学电子信息工程学院，2012：3-4LiJH，FuXZ，LuoJL，etal.ApplicationofBaTiO3asanodematerialsforH2ScontainingCH4fueledsolidoxidefuelcell[J].JpowerSources，2012，23：69周东祥，黎慧．无铅压电陶瓷材料的研究进展[J]．高层论坛功能材料信息，2007，4(7):7蒲永平，姚谋腾，高子岩，靳乾，郑晗煜，王亚茹.无铅压电陶瓷的研究进展[J].人工晶体学报，2015，44（8）：2034-2035卫琳琳.基于PZN-PZT压电陶瓷的制备与性能研究[D].上海：数理学院，2014：3-4顾林松，李国禄，王海斗，徐滨士，邢志国，提高PZT压电性能方法的研究现状[J].材料导报A，2013，27（3）：130-131孟正华，黄尚宇．压制方式对锆钛酸铅压电陶瓷密度及性能影响的研究[J].粉末冶金技术，2008,26(1):50刘文凤、周超、高景辉、薛德帧、张立学、李盛涛、任晓兵，无铅压电陶瓷的研究进展[J].中国材料进展，2016，35（6）：423-424ZhangSJ，XiaR，ShroutTR.AppliedPhysicsLetters[J]，2007，91(13):132913.RodelJ，JoW，SeifertKTP，etal.JournaloftheAmericanCeramicSociety[J]，2009，92(6):1153－1177．WadaS，TakedaK,MuraishiT，etal.JapaneseJournalofAppliedPhysics[J]，2007，46(10S):7039邵林BNT基无铅压电陶瓷的制备及性能研究[D].聊城：材料科学与工程学院，2014：5-6陈秀峰,张大军.钙钛矿结构无铅压电陶瓷的研究进展[J].现代技术陶瓷,2014,(4):29-30Ma,Y.,Cho,J.,Lee,Y.,etal.Hydrothermalsynthesisof(Bi1/2Na1/2)TiO3piezoelectricceramics[J].Materialschemistryandphysics,2006,98(1):5-8.Takenaka,T.,Maruyama,K.I.,andSakata,K.(Bi1/2Na1/2)TiO3−BaTiO3systemforlead-freepiezoelectricceramics[J].JapaneseJournalofAppliedPhysics,1991,30(9B):2236-2239.Shi,J.andYang,W.PiezoelectricanddielectricpropertiesofCeO2-doped(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3lead-freeceramics[J].Journalofalloysandcompounds,2009,472(1-2):267-270.Egerton,L.andDillon,D.M.Piezoelectricanddielectricpropertiesofceramicsinthesystempotassium—sodiumniobate[J].JournaloftheAmericanCeramicSociety,1959,42(9):438-442.功能材料及其应用手册编写组.功能材料及其应用手册.北京:机械工业出版社,1991.赁敦敏，肖定全，朱建国等.Bi0.5(Na1-x-yKxLiy)0.5TiO3系陶瓷的介电性质与微观结构[J].电子元件与材料,2004,23(11).WangK,YaoFZ,JoW,etal.Temperature-insensitive(K,Na)NbO3-basedlead-freepiezoactuatorceramics.Adv.Funct.Mater.,2013,23:4079–4086.KobayashiK,DoshidaY,MizunoY