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西安电子科技大学Fei, Chunlong与全熠等团队:Mn/Nb共掺杂Aurivillius型Na 0.5 4.5 Ti 4 O 15 高温压电陶瓷的结构、电学性质和热稳定性

论论资讯 | 2023-03-01 1热度

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Structure, Electrical Properties, and Thermal Stability of the Mn/Nb Co-Doped Aurivillius-Type Na<sub>0.5</sub>Bi<sub>4.5</sub>Ti<sub>4</sub>O<sub>15</sub> High Temperature Piezoelectric Ceramics

Zhao T.; Shi K.; Fei C.; Sun X.; Quan Y.; Liu W.; Zhang J.; Dai X.

Published:2023-03-01
DOI:10.3390/cryst13030433

高温压电陶瓷Mn/Nb共掺杂Na0.5Bi4.5Ti4O15的结构、电学性质和热稳定性研究

研究背景

随着社会的进步,人们对高温压电材料的需求越来越迫切。然而,目前市场上能够满足高温(超过400°C)使用要求的高温压电材料十分有限。因此,如何提高高温压电材料的性能成为当前研究领域的一个重要问题。本篇论文提出了Mn/Nb共掺杂的策略,旨在提高Aurivillius型Na0.5Bi4.5Ti4O15(NBT)高温压电陶瓷的性能。

研究内容

本文通过传统的固相反应法,系统研究了B位Mn/Nb共掺杂Na0.5Bi4.5Ti4-x(Mn1/3Nb2/3)xO15(NBT-100x)陶瓷的晶体结构、电学性质和热稳定性。研究结果表明,NBT-100x陶瓷具有典型的铋氧层型相结构和高各向异性的板状形貌。晶格参数和晶粒尺寸随着B位Mn/Nb共掺杂含量的增加而增加。Mn/Nb共掺杂改性显著提高了电学性能。其中,NBT-2陶瓷的压电系数d33最大,为29 pC/N,几乎是未改性NBT陶瓷的两倍。NBT-2陶瓷的平面电机械耦合系数kp和厚度电机械耦合系数kt的最大值分别为5.4%和31.2%。介电谱表明,Mn/Nb共掺杂NBT-100x陶瓷的居里温度Tc略高于未改性NBT陶瓷(646°C)。NBT-2陶瓷的直流电阻率在500°C时高于106Ω∙cm。所有结果表明,Mn/Nb共掺杂陶瓷是改善NBT基压电陶瓷性能的有效方法,也是高温压电应用的潜在候选材料。

研究意义

本文对高温压电陶瓷的研究提供了新思路,为高温压电材料的研究和应用提供了重要的参考。Mn/Nb共掺杂的策略可以显著提高高温压电材料的性能,这对于制造高温压电器件具有重要的意义。此外,本文还对高温压电陶瓷的结构、电学性质和热稳定性进行了深入研究,为相关领域的研究提供了有益的参考。

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