钙离子掺杂对无铅NBT陶瓷结构、光学及电学性能的影响研究

为解决铅基材料的环境毒性问题，研究人员通过固相反应法合成0.5Na0.5Bi0.5TiO3-0.5CaTiO3（NBT-CT）陶瓷，系统分析了其正交相结构、紫外吸收特性及高频介电稳定性。该材料在近紫外光电器件和高温电容器领域展现出应用潜力，为无铅压电材料设计提供了新思路。

　　

在环境友好材料研发的浪潮中，铅基压电陶瓷如PZT（锆钛酸铅）因其毒性面临淘汰危机。Na_0.5Bi_0.5TiO₃（NBT）虽具潜力，却受限于低击穿场强和温度敏感性。如何通过离子掺杂调控其性能成为关键科学问题。来自KIIT大学的研究团队创新性地将Ca²⁺以等摩尔比引入NBT体系，通过多尺度表征揭示了CaTiO₃（CT）对材料性能的协同增强机制，相关成果发表于《Materials Today Communications》。

研究采用固相反应法合成样品，结合X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电镜（SEM）和紫外-可见光谱进行结构表征，通过宽温域（25-500℃）介电谱和阻抗谱分析电学性能。

X射线衍射研究
Rietveld精修证实材料呈正交相（空间群Pbnm），晶胞参数与CT基体匹配，表明Ca²⁺成功掺入晶格。

光学性能
紫外吸收边位于400 nm以下，显示其在近紫外区的光捕获能力，适用于光催化器件设计。

介电行为
高频区（1 MHz）介电常数稳定且损耗低（tanδ<0.05），符合高温电容器需求。阻抗分析揭示晶界主导的弛豫过程，符合非重叠小极化子隧穿（NSPT）传导模型。

结论与意义
该研究首次阐明高浓度Ca²⁺掺杂使NBT-CT固溶体保持正交相稳定性，同时优化了介电温度稳定性。材料在光电器件与高频电子元件中的应用潜力，为无铅压电材料体系设计提供了重要参考。团队特别指出，Ca²⁺对Bi³⁺位点的取代可有效抑制氧空位迁移，这一发现对开发耐高温介电材料具有普适性指导价值。