铌酸钾钠基材料压电和介电调谐性能研究

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1、博士学位论文铌酸钾钠基材料压电和介电调谐性能研究PIEZOELECTRICPROPERTYANDDIELECTRICTUNABILITYOFPATASSIUMSODIUMNIOBATEBASEDMATERIALS李欢哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：O487学校代码：10213国际图书分类号：537.226密级：公开理学博士学位论文铌酸钾钠基材料压电和介电调谐性能研究博士研究生：李欢导师：周忠祥教授副导师：孟庆鑫副教授申请学位：理学博士学科：物理学所在单位：理学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Class

2、ifiedIndex:O487U.D.C:537.226DissertationfortheDoctoralDegreeinScienccePIEZOELECTRICPROPERTYANDDIELECTRICTUNABILITYOFPATASSIUMSODIUMNIOBATEBASEDMATERIALSCandidate：LiHuanSupervisor：Prof.ZhouZhongxiangAssociatesupervisor：Assoc.Prof.MengQingxinAcademicDegreeAppliedfor：Docto

3、rofScienceSpeciality：PhysicsAffiliation：SchoolofScienceDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要具有压电效应的材料称为压电材料，利用压电效应可以用于制作压力传感器、压力加速度传感器、压电扬声器、超声马达和微位移控制器等器件，并已经广泛应用于众多领域，同时一般情况下压电材料还具有铁电、热释电、介电调谐和电光等性能，已经成为应用最为广泛的功能材料之一。在过去的

4、几十年间，铅基压电材料由于其优异的压电性能以及良好的温度稳定性，在实际应用中一直占据着统治地位。然而，铅基压电材料虽然具有优异的压电铁电性能，但其含有的大量铅元素具有剧毒性，会对人体和环境造成很大的危害。为减小含铅材料对于人体和环境的危害，世界各国相继出台各种措施以限制含铅材料的使用。因此，寻找性能优良、环境友好的无铅压电材料来代替现阶段的铅基压电材料就显得十分必要，也成为材料科学领域的主要课题之一。目前，KNN基无铅压电材料由于其优异的压电、铁电和介电性能，其较高的居里温度（420℃）又使得其在高温领域具有潜在的应用，被认为是最有可

5、能取代铅基压电材料的无铅压电材料之一。限制KNN基压电材料应用的主要因素有致密度有待优化，压电性能与铅基材料相比有待提高，以及高压电性能的KNN基材料温度稳定性差的问题，因此探究KNN基材料的助烧，压电性能提高以及温度稳定性改善的途径以及物理机制对促进KNN基压电材料的应用具有重要的实际和科研意义；此外，对KNN基材料介电调谐性能和机制的研究可以拓展KNN基材料的应用领域范围。首先分析了A位元素挥发导致的缺陷及相应内电场机制，以及它们对KNN基陶瓷样品畴壁的钉扎效应和对压电性能的削弱作用，进而提出可以通过补偿KNN中A位元素挥发，降低

6、陶瓷中的缺陷浓度和内电场对畴壁的钉扎效应，提高KNN基陶瓷的压电和铁电性能。用固相烧结法制备了KNTN-NaF陶瓷样品，使用XRD表征了其结构，SEM表征了其微观形貌，分析了NaF浓度对陶瓷烧结温度、致密度和晶粒大小的影响，最后研究了KNTN-NaF陶瓷的压电、铁电和介电性能。分析了NaF对A位挥发元素的补偿作用以及对内电场的削弱作用，并用X射线荧光光谱测试了不同NaF浓度的KNTN陶瓷样品中的A、B位元素含量比，验证NaF中的Na元素对原KNTN陶瓷中A位元素的补偿效果。分析了不同变价离子掺杂在KNN晶格中施主和受主掺杂机制，并分析

7、不3+同掺杂对KNN基陶瓷压电、铁电和介电性能的影响，进而研究Yb在KNNI哈尔滨工业大学理学博士学位论文陶瓷中掺杂机制及其对压电性能的影响。用固相烧结法制备Yb掺杂KNN陶瓷样品，用XRD表征了Yb掺杂KNN陶瓷的结构，并分析了Yb在KNN晶格的占位机制；SEM表征了其微观结构，分析了Yb掺杂对KNN陶瓷晶粒和致密度的影响；最后研究了Yb掺杂KNN陶瓷的压电、铁电和介电性能，分析了不同的Yb占位对压电和铁电性能的影响。分析室温相变KNN基材料的温度依赖性，首次提出具有四方结构的KNN基材料可以同时具备高的压电性能和优异的温度稳定性。

8、设计了具有四方结构的(K0.45Na0.55)0.94Li0.06TaxNb1-xO3陶瓷材料,用固相烧结法制备了(K0.45Na0.55)0.94Li0.06TaxNb1-xO3陶瓷样品，用XRD和SEM表征了其结构和