一种有机无机杂化无铅压电晶体的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种有机无机杂化无铅压电晶体的制备方法，包括以下步骤：将氧化铋、氢溴酸和R(+)

【技术实现步骤摘要】
一种有机无机杂化无铅压电晶体的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及压电材料
，具体涉及一种有机无机杂化无铅压电晶体的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]压电材料是制作压电器件的一类重要材料，具有性能优异的PZT和BTO压电材料受到众多研究者的广泛关注，但是由于材料固有属性的影响，铁电陶瓷类材料需要较高的制备温度，易碎，几乎没有机械柔性，并且含铅等重金属元素，无论是对生物体还是环境都有着极大的影响。
[0004]对于无铅压电材料而言，硅酸镓镧(LGS)晶体具有优异压电性能，其压电系数和机电耦合系数是石英晶体的3倍，但较高的原料成本限制了它的应用；稀土硼酸盐类晶体同样面临生产成本较高的问题。此外，对于无铅有机压电材料来说，其虽然具有良好的柔性，但是压电性能普遍偏低，无法代替PZT压电材料。
[0005]中国专利“四晶格位结构压电晶体”(CN101275279)中公开了Ca3TaAl3Si2O
14
(CTAS)和Sr3TaAl3Si2O
14
(STAS)晶体，此两种晶体在C格位上采用Al
3+
替代了Ga
3+
，由于Al2O3的价格远低于Ga2O3，使晶体成本大幅度下降，同时兼具优异的压电性能，但在晶体生长中发现，上述Al
3+
替代了Ga
3+
后的新晶体结晶性较差，难以获得无宏观缺陷、大尺寸的单晶体。同时，现有制备方法无法保证在提高制备效率的同时保证晶体的正常生长以及良好形貌。
[0006]因此，制备一种原料成本低、无宏观缺陷且大尺寸同时还能够具有较高压电性能、改善制备效率的无铅压电材料具有重要意义。

技术实现思路

[0007]为了克服上述问题，本专利技术设计了一种有机无机杂化无铅压电晶体的制备方法，得到的产品具有较高的压电性能，且制备方法简单、易于操作。
[0008]基于上述研究成果，本专利技术提供以下技术方案：
[0009]本专利技术第一方面，提供一种有机无机杂化无铅压电晶体的制备方法，包括以下步骤：将氧化铋、氢溴酸和R(+)
‑
alpha
‑
甲基苄胺混合均匀后再升温后随后进行两次降温过程，即可制备得到有机无机杂化无铅压电晶体。
[0010]本专利技术第二方面，提供上述制备方法得到的有机无机杂化无铅压电晶体。
[0011]本专利技术第三方面，提供上述有机无机杂化无铅压电晶体在压电换能器、驱动器、滤波器和传感器领域的应用。
[0012]本专利技术一个或多个具体实施方式至少取得了以下技术效果：
[0013](1)本专利技术所述制备方法中所用原料成本低、易得，能够制备得到结晶性能优良、
无宏观缺陷的较大尺寸晶体(所述晶体的长为7
‑
8mm，宽为5
‑
6mm)，便于宏观压电性能的测试；所述晶体结构具有手性特征，所属空间群为P21手性空间群，没有对称中心，具有优异压电性能，计算得到剪切压电系数d
36
＝32.5pC/N。
[0014](2)相比于纯有机压电材料，压电性能有所提升。采用铋原子代替铅原子作为中心原子，实现了无铅材料的制备，更加绿色环保。
[0015](3)本专利技术采用两次降温过程制备得到有机无机杂化无铅压电晶体，在提高晶体制备效率的同时还能够保证晶体的正常生长。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例1制备的有机无机杂化无铅压电晶体单晶解析衍射与粉末X射线衍射对比图。
[0017]图2为本专利技术实施例1制备的有机无机杂化无铅压电晶体的宏观形貌图。
[0018]图3为本专利技术实施例1制备的有机无机杂化无铅压电晶体的分子排列方式示意图(为了清晰表示，图中隐藏了氢离子)。
[0019]图4为本专利技术实施例1制备的有机无机杂化无铅压电晶体定向图，a)图为晶体的(1,1,0)晶面对应的衍射峰，b)图为晶体(0,0,1)晶面对应的衍射峰。
[0020]图5为本专利技术实施例1制备的有机无机杂化无铅压电晶体热重图。
[0021]图6为本专利技术实施例1制备的有机无机杂化无铅压电晶体制作成为电极后测试示意图。
具体实施方式
[0022]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0023]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0024]正如
技术介绍
所介绍的，现有压电材料含有铅重金属有毒物质，且压电常数偏低，不利于相关应用。因此，本专利技术提出了一种有机无机杂化无铅压电晶体的制备方法，压电性能有所提升，同时实现了无铅材料的制备。
[0025]本专利技术第一方面，提供一种有机无机杂化无铅压电晶体的制备方法，包括以下步骤：将氧化铋、氢溴酸和R(+)
‑
alpha
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甲基苄胺混合均匀后在烘箱中升温后随后进行两次降温过程，即可制备得到有机无机杂化无铅压电晶体。
[0026]在一种典型实施方式中，升温至90
‑
120℃后进行降温过程，降温至35
‑
50℃即可制备得到有机无机杂化无铅压电晶体。
[0027]在一种典型实施方式中，所述氧化铋粉末和R(+)
‑
alpha
‑
甲基苄胺的摩尔比为(0.3
‑
0.6):(0.7
‑
1.2)，优选为0.5:1。
[0028]在一种典型实施方式中，所述氢溴酸溶液的体积与氧化铋粉末的质量之比为
(10.56
‑
14.32)ml：(0.5
‑
1.3)g，优选为11.45ml：1g，均为普通市售产品。
[0029]在一种典型实施方式中，升温至90
‑
120℃后保温时间为1.5
‑
3h，优选为2h。
[0030]在一种典型实施方式中，所述烘箱为程序控温烘箱，控温精度为0.1℃，升至90
‑
120℃所需时间为3
‑
5h，优选为升温至100℃，所需时间为4h；进一步，升温至100℃时呈现的状态为黄色澄清溶液。
[0031]在一种典型实施方式中，两次降温过程具体为：从90
‑
120℃降温至40
‑
65℃，降温时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机无机杂化无铅压电晶体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将氧化铋、氢溴酸和R(+)
‑
alpha
‑
甲基苄胺混合均匀后在烘箱中升温后随后进行两次降温过程，即可制备得到有机无机杂化无铅压电晶体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化铋和R(+)
‑
alpha
‑
甲基苄胺的摩尔比为(0.3
‑
0.6):(0.7
‑
1.2)，优选为0.5:1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氢溴酸溶液的体积与氧化铋的质量之比为(10.56
‑
14.32)ml：(0.5
‑
1.3)g，优选为11.45ml：1g。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：升温至90
‑
120℃后保温时间为1.5
‑
3h，优选为2h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述烘箱为程序控温烘箱，控温精度为0.1℃；进一步，升温至90
‑
120℃后进行降温过程，降温至35
‑
50℃即可制备得到有机无机杂化无铅压电晶体；升至90
‑
120℃所需时间为3
‑
5h，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙绚，张宗一，张一凡，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：