片式滤波器用钛酸铋钠基压电陶瓷的低温制备与性能缺陷调控研究

缺陷的存在是多元氧化物压电材料的重要特征之一，通过钛酸盐基多晶体陶瓷材料的缺陷调控，最大限度地实现微观组织设计和性能优化，改变压电陶瓷制备温度、气氛等参数，控制多晶陶瓷材料中缺陷种类和浓度，充分发挥无铅压电材料在特定工艺处理后的优异特性，可实现高性能、低成本、环境友好压电陶瓷材料的组织设计和性能调控，从而，揭示新材料微介观结构设计机理，掌握新型材料的工艺技术调控理论。本项目拟以复合钙钛矿结构钛酸铋钠基陶瓷体系为对象，在研究影响其压电性能的微结构相图、组织特征和缺陷状态的基础上，采用低温合成、流延成型、外场约束烧结和气氛处理，探索制备高性能、低成本的实用型无铅压电陶瓷，进行钛酸铋钠基陶瓷的铁电性、压电常数、介电常数、机电耦合系数、声学性能（频率常数）等的表征，建立高性能材料新工艺的微结构设计和缺陷控制模型，从而确定制备片式滤波器用优良机电性能无铅压电陶瓷低成本的关键配方体系和实用工艺理论。

首先，钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3)基陶瓷材料具有较高的自发极化(38 uC/cm2)以及居里温度(320 oC)受到人们的重视，然而又因为具有较高的矫顽场，所以不易极化。Bi0.5Na0.5TiO3基材料另一个特点就是，拥有退极化温度，一般低于200 oC。温度高于去极化温度时，其铁电和压电性能大幅降低，同时还伴随着一个可逆的巨电致应变。这个特点近期得到了研究者们的高度重视。另外，Bi0.5Na0.5TiO3基材料作为无铅弛豫铁电体的一类，它的弛豫特性以及相关的应用方面的研究也是近期的一个研究热点。因此，本项目研究通过对于钛酸铋钠基的铁电陶瓷进行AB位的掺杂、取代以及与其他无铅体系固溶等，来提高其各种性能以及研究大应变的机理，并对其弛豫特性带来的高温介电以及电致伸缩等方面的应用进行了探讨。其次，铋层状结构化合物是一类重要的铁电、压电材料，由于特殊的结构，使得其具有高的居里温度、大的自发极化、低的介电损耗、高的温度稳定性以及好的抗疲劳特性等优点，因此该体系材料非常适合于制作铁电随机存储器和高温超高温压电传感器。然而，由于铁电极化反转受二维空间的限制以及大的矫顽场，铋层状结构材料的铁电性能和压电性能相对较差。本项目研究通过成分调控，如采用A位取代、B位取代、AB位共取代和A位空位修饰，来提高铋层状结构材料的铁电极化、压电性能、抗疲劳特性以及温度稳定性。进而，针对新型固体电解质La2Mo2O9和Bi0.5Na0.5TiO3体系AB位的掺杂改性、结构相变以及化学稳定性，按照材料组分、结构、性能相关联的研究思路，研究了它们的导电传输机理并获得中温温度段良好的性能指标。以BaTiO3基材料为研究对象，对其A位和B位取代，研究了其导电机制和调谐特性，并对BaTiO3基材料新的制备工艺做了探索。以提高材料强场电学性能为目的，通过制备各种不同成分的陶瓷、薄膜以及单晶，系统研究了钙钛矿结构弛豫铁电体材料的介电调谐、电卡制冷以及能量储存效应等。