一种具有优异压电性能的材料及其制备方法技术

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压电功能材料及其制备方法，属于压电陶瓷领域，尤其涉及。
技术介绍
压电陶瓷在电子科学与技术中的应用极为广泛，包括电声换能器，水声换能器和超声换能器等，以及其它传感器和驱动器应用。市场巨大，是最重要的电子材料之一，已经成为国防工业、民用工业以及日常生活中的重要功能材料。2011年，Richard E.Eitel等提出了 Bi Ofe) O3-PbTiO3M料体系(其中ife+3是半径相对较大的阳离子，如Sc、Y、Yb、In等)。文歡Japanese Journal of Applied PhysicsAQ, 5999 (2001)报道了 BiScO3-PbTiO3材料具有优良的压电、铁电 等性能。在压电换能器、传感器和驱动器等方面具有广泛的应用前景，引起了国内外学者的密切关注，然而除了 BiScO3-PbTiO3压电材料之外，其它体系都不具备优异的压电性能，如 Bi (Nil72Til72) -PbTiO3 (i/33=260pC/N), Bi (Mg374Wl74)O3-PbTiO3 ( /33= 150pC/N)，Bi (Sc374Gal74) O3-PbTiO3 (i/33=124pC/N) 等体系。(Ii)Bi (Me)O3-XPbTiO3Ofe = Ni1/2Hf1/2, Ni1/2Zr1/2)以及以此为基底的各种掺杂，具有优异的压电性能，当Me为Ni1Z2Hf 1/2时，压电系数 /33高达446pC/N ;当於为Ni1/2Zr1/2，压电系数 /33高达415pC/N,超过了已经报道的绝大多数压电材料的性能。本专利技术参考文献:S.M.Choi, C.J.Stringer, T.R.Shrout, and C.A.Randall, J.App1.Phys.98， 034108 (2005)；M.D.SneI, ff.A.Groen, and G.de With, J.Eur.Ceram.Soc.26, 89(2006)；J.R.Cheng, R.E.Eitel, N.Li, and L.E.Cross, J.App1.Phys.94,605 (2005)；R.E.Eitel, C.A.Randall, T.R.Shrout, P.ff.Rehrig, ff.Hackenberger,and S.-E.Park, Jpn.J.App1.Phys.40, 5999 (2001)；B.H.Park, B.S.Kang, S.D.Bu, T.ff.Noh, J.Lee, and ff.Jo, Nature401 682 (1999).近年来BiScO3-PbTiO3由于其优异的压电、铁电等性能(压电常数i/33=460pC/N)，一直受到广泛关注，与铅铋基压电材料有关的研究层出不穷。另一方面，人们也在尝试寻找新的铋基压电陶瓷材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于获得一种具有高压电性能的(1-Z) BiifeO3-XPbTiO3 (Mo =Ni1/2Hf1/2, Nil72Zrl72)以及以此为基底的材料，从而广泛应用于科学研究与工业生产中。本专利技术采用传统固相法即可制备(1-Z) Bi (Me) O3-XPbTiO3 (Me = Ni1/2Hf1/2,Nil72Zrl72)高性能压电材料，合成工艺简单，适宜工业化生产。一种具有优异压电性能的材料，其化学结构通式为(1-Z)BiifeO3-ZPbTiO3 ;其中，ife=Ni1/2Hf1/2, Nil72Zrl72 ；0.5〈x〈l。—种具有优异压电性能的材料的制备方法，具体包括步骤如下: (I)使用 Bi203、NiO、HfO2, ZrO2, PbO 以及 TiO2。按照(1-z)BiifeO3-ZPbTiO3(Ife =Ni1/2Hf1/2,Nil72Zrl72) (0.5<χ<1)称取符合化学剂量比的 Bi203、Ni0、Hf02 或 Zr02、Pb0 与 Ti02。(2)将混合后的Bi203、Ni0、Hf02或Zr02、Pb0与TiO2粉末研磨均匀，研磨后的样品在600至1000°C下煅烧f 10小时，然后取出压片(厚度无特殊要求)， (3)将上述步骤制成的压片在800至1500°C温度下烧结f 15小时，即可得到高压电性能的材料。所述步骤2中，混合后的Bi203、Ni0、Hf02或ZrO2、PbO与TiO2粉末研磨至1500 2500目。进一步的，所述步骤2中，混合后的Bi203、NiO、HfO2或Zr02、Pb0与TiO2粉末研磨至2000目。所述步骤(2)是将混合后的Bi203、Ni0、Hf02或Zr02、Pb0与TiO2粉末研磨均匀，研磨后的样品在850°C下煅烧5或6小时，然后取出压片。所述 步骤(3)是将上述步骤制成的压片在110(Γ1250 温度下烧结2小时，即可得到高压电性能的材料。本专利技术的有益效果在于: 本专利技术专利制备成本低，合成工艺简单，因而它具有更为宽广的科学研究与实用价值。我们发现(Ii)Bi Clfe) O3-XPbTiO3 (0.5〈x〈l)，其中 ife 为 Ni1/2Hf1/2，Ni1/2Zr1/2,以及以此为基底的各种掺杂(如，Nb2O5, MnO2, SrCO3等)，是一种具有优异压电，铁电等性能的钙钛矿结构(ABO3)的压电材料，当ife为Ni1/2Hf1/2时，压电系数 /33高达446pC/N ;当於为Ni1/2Zr1/2，压电系数 /33同样高达415pC/N。该优异的压电性能超过了绝大部分已知压电材料，此外，该类材料具有较低的生产成本，有望成为替代目前应用广泛的其他铅基压电材料。(1-X)BiifeO3-XPbTiO3Clfe = Ni1/2Hf1/2，Ni1/2Zr1/2)体系具有优异的压电性能，超过了绝大部分已知的压电材料，而且合成周期非常短，适合大规模生产，从而能够广泛地应用在压电材料的研究与生产中。附图说明图1 0.38Bi (Nil72Hfl72) O3-0.62PbTi03 的 x 射线衍射图谱；图 2 0.38Bi (Nil72Hfl72) O3-0.62PbTi03 的扫描电镜衍射图谱；图 3 0.39Bi (Nil72Hfl72) O3-0.61PbTi03 的 x 射线衍射图谱；图 4 0.40Bi (Nil72Zrl72) O3-0.60PbTi03 的 x 射线衍射图谱；图 5 0.39Bi (Nil72Zrl72) O3-0.61PbTi03 的 x 射线衍射图谱。具体实施例方式实施例一:利用此专利技术制备 0.38Bi (Nil72Hfl72) O3-0.62PbTi03。称取 5.0000 克Pb0，3.1986 克Bi2O3,0.5127克NiO, 1.7890克TiO2和1.4449克HfO20在研钵中充分研磨，然后将粉体在850°C下煅烧6小时，随炉冷却至室温后的样品进行压片，将所得的片在1180°C下烧结2小时，即可得到致密的高压电性能的陶瓷片样品，压电系数i/33=446pC/N，居里温度7^29(TC。图1与图2为0.38Bi (Nil72Hfl72)O3-0.62PbTi03的x射线衍射图谱与扫描电镜衍射图谱。实施例二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有优异压电性能的材料，其特征在于：所述具有优异压电性能的材料其化学结构通式为(1?x)BiMeO3?xPbTiO3；其中，Me?=?Ni1/2Hf1/2，Ni1/2Zr1/2?，0.5

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈骏，潘昭，戎阳春，樊龙龙，邓金侠，于然波，邢献然，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：