【导言】

充电机充电压电陶瓷在电子科学技术中运用广泛，是最重要的电子资料之一。然而，充电机充电压电陶瓷代表-锆钛酸铅充电机充电压电陶瓷（PZT）是一种对环境有污染的资料，PbO在烧结进程中挥发性很大，对人体和环境都造成了损害。为此研讨者致力于寻找、制作不含铅陶瓷。

KxNa1-xNbO3（KNN）陶瓷是一种不含铅的，具有高居里温度以及杰出的充电机充电压电功能的资料，但其烧结温度规模却很狭隘，具有非化学计量性，以及细密化进程复杂导致了其运用受到限制。2004年时，有研讨人员运用RTGG法合成了(K0.44Na0.52Li0.04)(Nb0.86Ta0.10Sb0.04)O3 (LF4)陶瓷，在功能上完成打破（充电机充电压电常数d33=416pC/N，机电耦合系数kp=0.61）。RTGG法因此引起了人们的留意。掺杂适宜的原子或者端元组分也是一种有用增强陶瓷充电机充电压电和电学功能的方法。有研讨者体系地研讨了Ta掺杂的KNN基陶瓷，其机电耦合系数kp=0.41，机械质量系数Qm=1400。将几种办法兼并，或许就能够起到优势互补的协同效果，然后增强陶瓷充电机充电压电功能。

【效果介绍】

日前，同济大学翟继卫课题组在J.Am.Ceram.Soc.上宣布了题为“Simultaneously enhanced piezoelectric response and piezoelectric voltage coefficient in textured KNN-based ceramics”的文章。研讨人员归纳了制备陶瓷的各办法的优势，运用RTGG法制备出了KNN基织构陶瓷，运用两步烧结法处理了制备KNN陶瓷进程中烧结温度规模狭隘的问题。并对陶瓷进行Ta掺杂操作，有用增强了其充电机充电压电和电学功能。随后研讨者对陶瓷的显微结构，充电机充电压电功能，铁电功能，介电功能进行了体系地研讨。文章解释了Ta元素的份额和织构陶瓷充电机充电压电功能之间的联系，并探究了它与不同取向的陶瓷之间的充电机充电压电响应的不同。

【图文介绍】

一：0.99KNLN0.97-xSTx-0.01CZ 陶瓷（0.03≤x≤0.25）XRD图画和低温εr-T曲线（测验条件10HZ，温度规模-80℃-120℃）

（A）织构陶瓷XRD图画；

（B）随机取向陶瓷XRD图画；

（C）织构陶瓷低温εr-T曲线；

（D）随机取向陶瓷低温εr-T曲线。

二：0.99KNLN0.97-xSTx-0.01CZ陶瓷热腐蚀截面SEM图画

织构陶瓷：

（A）x=0.03；

（B）x=0.15；

（C）x=0.25；

随机取向陶瓷：

（D）x=0.03；

（E）x=0.15；

（F）x=0.25。

三：0.99KNLN0.97-xSTx-0.01CZ陶瓷的εr-T 和tanδ-T图画（温度规模：25℃-470℃）

（A）织构陶瓷；

（B）随机取向陶瓷。

四：0.99KNLN0.97-xSTx-0.01CZ陶瓷电滞回线和组成分析

（A）10Hz情况下织构陶瓷电滞回线；

（B）织构陶瓷和随机取向陶瓷Pr和Ec组成分析图画。

五：0.99KNLN0.97-xSTx-0.01CZ陶瓷单极S-E曲线和d33*随电场强度改变曲线

（A）织构陶瓷单极S-E曲线；

（B）织构陶瓷和随机取向陶瓷的d33*随电场强度改变曲线；

（C）电场强度50KV/cm时陶瓷单极S-E曲线；插图为在偏置下具有O-T共存相的织构陶瓷畴结构示意图。

六：0.99KNLN0.97-xSTx-0.01CZ陶瓷单极S-E曲线和d33*随电场强度改变曲线弥补图

（A）电场强度30kV/cm，0.03≤x≤0.25时，0.99KNLN0.97-xSTx-0.01CZ陶瓷单极S-E曲线；

（B）电场强度30kV/cm时，随机取向0.99KNLN0.72ST0.25-0.01CZ陶瓷单极S-E曲线；

（C）织构陶瓷和随机取向陶瓷随着不同x取值的d33和d33*。

图七：其他测验曲线

（A）织构陶瓷和随机取向陶瓷的kp-x曲线；

（B）织构陶瓷在x=0.15和x=0.25时的d33和kp与温度联系曲线；

（C）织构陶瓷的频率-阻抗曲线和频率-相位角曲线；

（D）随机取向陶瓷的频率-阻抗曲线和频率-相位角曲线。

【小结】

研讨人员发现，运用TGG办法和构建多态性组分（引进Ta元素）是增强KNN基陶瓷资料充电机充电压电功能的有用方法。经过调节Ta元素在陶瓷资料中的份额，能够在挨近室温条件下观察到O-T共存相，它是一种亚稳体系，施加外电场时极化矢量更简单旋转，因而在陶瓷资料中能够完成d33*为630pm/V，d33为391pC/N。晶体的定向成长增强了织构陶瓷的各向异性，然后和随机取向的陶瓷资料相比，充电机充电压电功能有所增加，εr成长速率下降。而且一切织构陶瓷kp大于54%，当x值为0.15时，最大值为63.3%，优于平等条件下的LF4。这些优异的功能均标明0.99KNLN0.97-xSTx-0.01CZ是一种适宜的陶瓷资料组分。