钛酸铋钠基无铅铁电陶瓷场致应变性能研究

作者：杨慧平; 周学凡; 方豪杰; 张晓云; 罗行; 张斗

来源：无机材料学报, 2021, 1-9.

• 钛酸铋钠
• 无铅铁电陶瓷
• 场致应变
• 弛豫态

压电驱动器具有响应快、定位精度高、体积小等优点，在精密驱动领域受到广泛关注。铅基压电驱动器占据主要商业市场，为了限制有害元素铅的使用，必须发展无铅压电材料和驱动器。钛酸铋钠(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_(3)(BNT)作为典型的钙钛矿型弛豫铁电体，具有超高的场致应变，被认为是最有希望代替铅基体系的无铅体系之一。与铅基陶瓷相比，BNT基陶瓷具有驱动电压较高、迟滞较大以及温度稳定性差等劣势。为了优化无铅驱动器的应变性能，本研究采用固相反应法制备(1-x){0.76(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_(3)-0.24SrTiO_(3)}-xNaNbO_(3)(BNT-ST-xNN，x=0～0.03)无铅铁电陶瓷。结果表明，当x=0.01时，该陶瓷在较低电场(E=4 kV/mm)下的应变值可达到0.278%，等效压电系数d_(33)*高达695 pm/V。此时，陶瓷处于非遍历/遍历弛豫相界处，电场诱导弛豫-铁电相变导致大场致应变。与x=0.01相比，x=0.02时应变值为0.249%，略微下降，但迟滞却降低至43%。此外，且该应变在25～100 ℃温度范围内维持稳定。本研究表明，在BNT基陶瓷中固溶SrTiO_(3)和NaNbO_(3)组元可以提高场致应变值，同时维持较低的驱动电压和良好的温度稳定性，可用于压电驱动器研制。

• 单位
  中南大学; 粉末冶金国家重点实验室; 湖南省美程陶瓷科技有限公司