具有高居里温度的热稳定铌酸钾钠基压电陶瓷研究

《Sensing and Bio-Sensing Research》：Thermally stable (K, Na)NbO 3-based piezoceramics with high-Curie temperature

本文系统研究了BKT掺杂对NKLNSCZ-xBKT（(0.975-x)(Na0.513K0.49)0.965Li0.035(Nb0.97Sb0.03)O3-0.025CaZrO3-xBi0.5K0.5TiO3）无铅压电陶瓷结构及性能的调控作用。通过构建室温附近正交-四方（O-T）相界，在x=0.01时获得了高压电性能（d33 = 338 pm/V, kp = 33%）与高居里温度（Tc = 322°C）的平衡，并展现出优异的温度稳定性（25-175°C范围内d33波动极小），为开发高性能热稳定无铅压电材料提供了有效策略。

　　

章节亮点

实验流程

压电陶瓷 (0.975-x)(Na_0.513K_0.49)_0.965Li_0.035(Nb_0.97Sb_0.03)O₃-0.025CaZrO₃-xBi_0.5K_0.5TiO₃（NKLNSCZ-xBKT，x=0, 0.01, 0.03）采用两步合成法制备。首先，按照化学计量比将CaCO₃ (99.5%) 和 ZrO₂(99.84%) 粉末置于球磨罐中，加入无水乙醇，球磨6-7小时后，干燥，然后在1300°C下保温一定时间进行煅烧，得到CaZrO₃粉末。

结果与讨论

图1(a)展示了室温下测量的NKLNSCZ-xBKT压电陶瓷（x = 0, 0.01, 0.03）的X射线衍射（XRD）图谱，揭示了它们的相结构。所有样品均显示出典型的ABO₃钙钛矿结构特征，表明BKT与NKLNSCZ形成了稳定的固溶体。通过分析（020）和（200）衍射峰（2θ = 43-47°）来追踪相演变过程。

结论

通过结合固相反应的两步法成功合成了无铅NKLNSCZ-xBKT压电陶瓷。对BKT掺杂效应的系统研究表明：XRD分析证实，BKT掺杂的NKLNSCZ陶瓷保持了纯钙钛矿相，无杂质相；该掺杂剂通过相界工程诱导在室温附近形成相变（O→O+T）。优化后的NKLNSCZ-0.01BKT组分在保持高居里温度（T_c = 322°C）的同时，展现出卓越的电机械性能。