制备工艺对Ba0.85Ca0.15Ti0.9Zr0.1O3无铅压电陶瓷结构及电学性能的影响开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

压电陶瓷属于介电材料的一种,在居里温度tc以上压电体具有晶体结构中心对称的特性,此时不显示出压电效应,如果温度处于居里温度之下,其晶体结构将发生转变,会出现中心不对称的结构,晶体出现自发的电偶极子,在外加电场的条件下偶极子可能发生方向转变,在居里温度之下压电陶瓷存在较多的“畴”,这个特性和铁磁材料中的磁畴很相似,在晶体冷却过程中,如果没有外加电场,晶体中每个畴中的电偶极子相加,晶体中总的电偶极子为零。在晶体冷却过程中施加外加电场,畴中的电偶极子会倾向于沿着外加电场方向排列,此时整个晶体可以简单看作一个电偶极子。在机械应力的作用下,晶格产生畸变,相应的各个畴中的电偶极矩将会改变,使得晶体总的偶极矩改变。

该种效应可以使机械能转换为电能,也可以使电能转换为机械能。所以,压电陶瓷具有广泛的应用范围,如压电变压器、超声换能器、滤波器、加速度计、红外探测器、存储显示、角速度计、位移发生器等。

压电陶瓷在现代陶瓷领域有着重要的地位,其无论是在应用范围还是市场占有率上都有着其他功能陶瓷材料无可比例的优势。过去几十年间,先后制备出现了bt陶瓷和pzt陶瓷,而从各种关键性能参数评价中(例如机电耦合系数、压电系数等),可以得到的结论是pzt陶瓷综合性能优于bt陶瓷,因此pzt陶瓷作为应用最广泛的压电陶瓷材料,使用量逐年增长。但是压电陶瓷在实际生产应用中以铅系压电陶瓷为主,从而导致的人体健康问题和环保问题日益显现出来,因此对高性能的无铅压电陶瓷开展研究具有重大意义。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:采用传统固相法和溶胶凝胶法制备出bczt压电陶瓷。

材料表征:一是物相及微观结构分析,采用xrd对陶瓷物相结构进行分析;通过扫描电镜,对其形貌进行分析;使用raman对其物相结构进行进一步表征。二是电性能测试,主要测试方向是介电性能、铁电性能、压电性能等。

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3. 研究计划与安排

第1-2周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料及相关仪器设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第3-5周:按照设计方案,采用两种工艺制备bctz无铅压电陶瓷。

第6-12周:采用xrd、sem、raman、d33测试仪、铁电分析仪等测试仪器对bctz无铅压电陶瓷的物相、显微结构、电学性能进行测试。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] yong zhang, huajun sun, wen chen. a brief review of ba(ti0.8zr0.2)o3-(ba 0.7ca0.3)tio3 based lead-free piezoe lectric ceramics: past, present and future perspectives [j]. journal of physics and chemistry of solids, 2018, 114: 207-219.

[2] thomas r shrout, shujun zhang. lead-free piezoelectric ceramics: alternatives for pzt [j]. journal of electroceramics, 2007, 19: 111–124.

[3] e cross. materials science: lead-free at last [j]. nature, 2004, 432: 24–25.

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