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【導言】

充電機充電壓電陶瓷在電子科學技術中運用廣泛，是最重要的電子資料之一。然而，充電機充電壓電陶瓷代表-鋯鈦酸鉛充電機充電壓電陶瓷（PZT）是一種對環境有污染的資料，PbO在燒結進程中揮發性很大，對人體和環境都造成了損害。為此研討者致力于尋找、制作不含鉛陶瓷。

KxNa1-xNbO3（KNN）陶瓷是一種不含鉛的，具有高居里溫度以及杰出的充電機充電壓電功能的資料，但其燒結溫度規模卻很狹隘，具有非化學計量性，以及細密化進程復雜導致了其運用受到限制。2004年時，有研討人員運用RTGG法合成了(K0.44Na0.52Li0.04)(Nb0.86Ta0.10Sb0.04)O3 (LF4)陶瓷，在功能上完成打破（充電機充電壓電常數d33=416pC/N，機電耦合系數kp=0.61）。RTGG法因此引起了人們的留意。摻雜適宜的原子或者端元組分也是一種有用增強陶瓷充電機充電壓電和電學功能的方法。有研討者體系地研討了Ta摻雜的KNN基陶瓷，其機電耦合系數kp=0.41，機械質量系數Qm=1400。將幾種辦法兼并，或許就能夠起到優勢互補的協同效果，然后增強陶瓷充電機充電壓電功能。

【效果介紹】

日前，同濟大學翟繼衛課題組在J.Am.Ceram.Soc.上宣布了題為“Simultaneously enhanced piezoelectric response and piezoelectric voltage coefficient in textured KNN-based ceramics”的文章。研討人員歸納了制備陶瓷的各辦法的優勢，運用RTGG法制備出了KNN基織構陶瓷，運用兩步燒結法處理了制備KNN陶瓷進程中燒結溫度規模狹隘的問題。并對陶瓷進行Ta摻雜操作，有用增強了其充電機充電壓電和電學功能。隨后研討者對陶瓷的顯微結構，充電機充電壓電功能，鐵電功能，介電功能進行了體系地研討。文章解釋了Ta元素的份額和織構陶瓷充電機充電壓電功能之間的聯系，并探究了它與不同取向的陶瓷之間的充電機充電壓電響應的不同。

【圖文介紹】

一：0.99KNLN0.97-xSTx-0.01CZ 陶瓷（0.03≤x≤0.25）XRD圖畫和低溫εr-T曲線（測驗條件10HZ，溫度規模-80℃-120℃）

（A）織構陶瓷XRD圖畫；

（B）隨機取向陶瓷XRD圖畫；

（C）織構陶瓷低溫εr-T曲線；

（D）隨機取向陶瓷低溫εr-T曲線。

二：0.99KNLN0.97-xSTx-0.01CZ陶瓷熱腐蝕截面SEM圖畫

織構陶瓷：

（A）x=0.03；

（B）x=0.15；

（C）x=0.25；

隨機取向陶瓷：

（D）x=0.03；

（E）x=0.15；

（F）x=0.25。

三：0.99KNLN0.97-xSTx-0.01CZ陶瓷的εr-T 和tanδ-T圖畫（溫度規模：25℃-470℃）

（A）織構陶瓷；

（B）隨機取向陶瓷。

四：0.99KNLN0.97-xSTx-0.01CZ陶瓷電滯回線和組成分析

（A）10Hz情況下織構陶瓷電滯回線；

（B）織構陶瓷和隨機取向陶瓷Pr和Ec組成分析圖畫。

五：0.99KNLN0.97-xSTx-0.01CZ陶瓷單極S-E曲線和d33*隨電場強度改變曲線

（A）織構陶瓷單極S-E曲線；

（B）織構陶瓷和隨機取向陶瓷的d33*隨電場強度改變曲線；

（C）電場強度50KV/cm時陶瓷單極S-E曲線；插圖為在偏置下具有O-T共存相的織構陶瓷疇結構示意圖。

六：0.99KNLN0.97-xSTx-0.01CZ陶瓷單極S-E曲線和d33*隨電場強度改變曲線彌補圖

（A）電場強度30kV/cm，0.03≤x≤0.25時，0.99KNLN0.97-xSTx-0.01CZ陶瓷單極S-E曲線；

（B）電場強度30kV/cm時，隨機取向0.99KNLN0.72ST0.25-0.01CZ陶瓷單極S-E曲線；

（C）織構陶瓷和隨機取向陶瓷隨著不同x取值的d33和d33*。

圖七：其他測驗曲線

（A）織構陶瓷和隨機取向陶瓷的kp-x曲線；

（B）織構陶瓷在x=0.15和x=0.25時的d33和kp與溫度聯系曲線；

（C）織構陶瓷的頻率-阻抗曲線和頻率-相位角曲線；

（D）隨機取向陶瓷的頻率-阻抗曲線和頻率-相位角曲線。

【小結】

研討人員發現，運用TGG辦法和構建多態性組分（引進Ta元素）是增強KNN基陶瓷資料充電機充電壓電功能的有用方法。經過調節Ta元素在陶瓷資料中的份額，能夠在挨近室溫條件下觀察到O-T共存相，它是一種亞穩體系，施加外電場時極化矢量更簡單旋轉，因而在陶瓷資料中能夠完成d33*為630pm/V，d33為391pC/N。晶體的定向成長增強了織構陶瓷的各向異性，然后和隨機取向的陶瓷資料相比，充電機充電壓電功能有所增加，εr成長速率下降。而且一切織構陶瓷kp大于54%，當x值為0.15時，最大值為63.3%，優于平等條件下的LF4。這些優異的功能均標明0.99KNLN0.97-xSTx-0.01CZ是一種適宜的陶瓷資料組分。