题目：Bi0.5Na0.5TiO3基无铅压电陶瓷的电学性能研究

钛酸铋钠((Bi0.5Na0.5)TiO3，简称BNT)是A位由Na+和Bi3+共同占据的钙钛矿结构铁电体，在室温下属于三方晶系，具有一些很好的特性，如居里点较高，烧成温度属中温烧结，具有较强的铁电性能，被认为是很有希望的无铅压电候选材料之一。本论文采用标准电子陶瓷工艺法制备了BNT基无铅陶瓷，研究了陶瓷的相结构、显微组织、介电、铁电、压电及电致应变性能，系统地分析了BNT基陶瓷电学性能与材料组成、结构之间的关系。
（1）准同型相界处组分的极化态不稳定，在外部压力或电场的作用下极化方向较容易转向，降低了矫顽场，使得极化更容易，最终得到高的压电常数和介电常数。为了提高材料压电性能，在BNT陶瓷中加入不同相结构的第二组元，以期在准同型相界组分处得到优化的性能。制备了(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xBa0.7Ca0.3TiO3 (0 ≤ x ≤ 0.15)无铅压电陶瓷，从XRD测试结果表明Ba2+和Ca2+已经进入到Bi0.5Na0.5TiO3晶格里而形成新的固溶体，且在0.09 ≤ x ≤ 0.12组分范围内存在三方相和四方相的准同型相界位。x = 0.09组分处获得最优压电性能d33 = 125 pC/N，kp = 0.33。SEM测试结果表明晶粒尺寸随BCT含量的的增加而逐渐减小。对于x ≥ 0.06组分陶瓷样品，在反铁电相到顺电相的相变过程中表现出明显的介电弛豫行为，弥散系数γ明显增大。铁电性能测试结果表明，组分为x = 0.09的陶瓷样品具有最大的剩余极化强度(Pr = 35.00 µC/cm2)和较低的矫顽场(Ec = 3.20 kV/mm)。具有最佳铁电和压电性能的陶瓷组分都在准同型相界处，我们认为，准同型相界附近三方―四方相共存，增加了自发极化方向，有利于提高该陶瓷的铁电、压电性能。另一方面，氧空位会抑制铁电畴在外电场作用下的自发极化反转起到钉扎作用，而BCT的加入会降低氧空位浓度，影响陶瓷的电学性能。
（2）0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3陶瓷恰好处在它们二元体系的准同型相界(MPB)附近，电学活性最大。在此二元体系的基础上加入第三组元BiAlO3，而理论推算BiAlO3的自发极化可达76 µC/cm2，具有良好的铁电性能。采用传统电子陶瓷制备工艺，合成了(1-x)(0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3)-xBiAlO3 (0 ≤ x ≤ 0.07)(BNBT-xBA)陶瓷。XRD衍射谱表明，在x ≤ 0.04时所有样品均形成了纯钙钛矿(ABO3)型固溶体结构，而x ≥ 0.05组分陶瓷中开始出现第二相。随着BA含量的增加，材料由三方、四方相共存结构向伪立方相转变。SEM显示，BA的添加使得晶粒尺寸明显减小。由介电温谱可以看出在反铁电相到顺电相的相变过程中表现出明显的介电弛豫行为。BA含量对陶瓷样品的铁电性能有显著影响，电滞回线随BA含量增加由饱满的矩形形状变成狭长的带状形状，当x ≥ 0.03时，剩余极化强度和矫顽场急剧减小，这可能是由于高BA含量组分的去极化温度已移至室温附近，样品在室温下已处于铁电、反铁电共存的状态。随BA含量的增加，BNBT-xBA陶瓷样品的电致应变曲线形状发生明显变化，负应变量明显减小。当x = 0.03时，正应变量可达0.31%，且得到较高的Smax/Emax值(523 pm/V)，x = 0.07组分对应的电致伸缩系可达0.022 m4c-2。