钙钛矿型无铅压电陶瓷损耗机制及性能与外界条件相关性研究

无铅压电陶瓷是近年国际新材料研究的前沿和热点之一。本项目选择钙钛矿型碱金属铌酸盐（KNN）和钛酸铋钠（BNT）系无铅压电陶瓷体系，开展这些陶瓷的损耗机制以及陶瓷性能与外界条件相关性的基础研究。重点研究如下五个关键科学问题：陶瓷损耗机制及其调控技术；掺杂元素、掺杂机理及其与陶瓷性能和机械品质因数的关联；陶瓷在不同压力、频率、温度等外界条件下的性能特征；陶瓷制备工艺技术与陶瓷结构及陶瓷在不同外界条件下的性能的关联；KNN和BNT系陶瓷的低温合成制备新技术。本项目是重要、紧迫、符合"国家目标"和"国际发展趋势"的前沿和热点研究，对无铅压电陶瓷材料和器件应用具有重要意义；可望获得自主知识产权和发明专利；发表SCI收录论文10篇以上；培养博、硕士多人。研究结果将使我国无铅压电陶瓷材料的研究继续处于国际前列，并对我国无机非金属压电铁电学科及相关技术发展具有重要意义。

高性能无铅压电陶瓷的研究和开发具有现实的紧迫性和必要性。本项目选择钙钛矿型碱金属铌酸盐（KNN）和钛酸铋钠（BNT）系无铅压电陶瓷体系，深入开展了陶瓷的结构、损耗机制以及陶瓷性能等系统的基础研究。在本项目的执行期间，重点研究了如下关键科学问题：陶瓷损耗机制及其调控技术；掺杂元素、掺杂机理及其与陶瓷性能和机械品质因数的关联；陶瓷在不同外界条件下的性能特征；陶瓷制备工艺技术与陶瓷结构及陶瓷在不同外界条件下的性能的关联；KNN和BNT系陶瓷的低温合成制备新技术。特别是，在KNN基无铅压电陶瓷的相结构、陶瓷的损耗机制及其调控技术等关键科学问题研究上获得了重要进展；在KNN基无铅压电陶瓷的新型相界构建上获得了重要突破；采用常规的、传统的陶瓷制备工艺技术，获得了d33≥380 pC/N、kp≥43％的KNN基无铅压电陶瓷材料组分；正式发表SCI和EI核心期刊收录论文22篇；获得授权国家发明专利1份；培养博士4人，其中2位已获博士学位，另有1名从事无铅压电陶瓷研究并已获得博士学位的博士在本项目执行期间获全国“百篇优博”提名奖；培养硕士10人，其中3位已获硕士学位。本项目按原研究方案进行，已经超计划完成了项目任务。