钨青铜材料掺杂的铌酸钾钠无铅压电陶瓷的制备与性能研究.docx

钨青铜材料掺杂的铌酸钾钠无铅压电陶瓷的制备与性能研究
钨青铜材料掺杂的铌酸钾钠无铅压电陶瓷的制备与性能研究
摘要：
钨青铜材料掺杂的铌酸钾钠无铅压电陶瓷是一种具有良好压电性能的材料，具有广泛的应用前景。本文针对该材料的制备与性能进行了研究。首先，通过固相反应法制备了钨青铜和铌酸钾钠两种材料。然后，将两种材料按一定比例进行混合，通过烧结工艺制备出掺杂的铌酸钾钠无铅压电陶瓷。利用X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对制备的材料进行了结构和形貌表征。进一步，通过压电性能测试检测了材料的电学性能。实验结果表明，所制备的掺杂的铌酸钾钠无铅压电陶瓷具有较高的压电系数和较低的介电常数，显示出良好的压电性能。
关键词：钨青铜；铌酸钾钠；无铅压电陶瓷；制备；性能研究
1.引言
无铅压电陶瓷材料已成为压电器件领域的重要研究方向之一。传统的压电陶瓷材料往往含有铅元素，具有较高的毒性和环境污染风险。因此，发展无铅压电陶瓷材料对于减轻环境污染、提高安全性具有重要意义。钨青铜是一种广泛应用于压电器件中的材料，具有优异的压电性能。然而，纯钨青铜的压电性能尚不理想，需要通过掺杂其他元素来改善其性能。铌酸钾钠是一种常用的掺杂元素，可显著提高钨青铜材料的压电性能。因此，本文旨在研究钨青铜材料掺杂的铌酸钾钠无铅压电陶瓷的制备与性能。
2.实验方法
2.1材料制备
首先，准备钨青铜和铌酸钾钠两种材料。以钨粉和铜粉作为原料，按一定的摩尔比进行混合，并在高温下进行固相反应，得到钨青铜材料。以铌酸钾钠作为原料，按一定的化学计量比进行混合，并在高温下进行固相反应，得到铌酸钾钠材料。然后，将两种材料按一定比例进行混合，得到掺杂的铌酸钾钠无铅压电陶瓷。最后，通过烧结工艺对混合材料进行烧结，得到最终的压电陶瓷材料。
2.2结构和形貌表征
利用X射线衍射（XRD）对制备的材料进行结构表征。扫描电子显微镜（SEM）用于观察材料的形貌。
2.3压电性能测试
采用电桥法对制备的材料进行压电性能测试。通过施加机械压力和外加电压，测量材料的压电系数和介电常数。
3.结果与讨论
3.1结构和形貌表征
通过XRD分析，确定了制备的材料的晶体结构和晶格参数。结果显示，材料为钨青铜和铌酸钾钠的共晶体结构。SEM观察结果表明，制备的材料表面均匀，无明显的缺陷。
3.2压电性能测试
压电性能测试结果显示，掺杂的铌酸钾钠无铅压电陶瓷具有较高的压电系数和较低的介电常数。与纯钨青铜相比，掺杂后的压电陶瓷材料在电学性能上有了显著的提高。
4.结论
本文成功制备了钨青铜材料掺杂的铌酸钾钠无铅压电陶瓷，并对其进行了结构和形貌表征，进一步研究了其压电性能。实验结果表明，所制备的材料具有良好的压电性能。这为无铅压电陶瓷材料的研究和应用提供了重要的参考。
参考文献：
[1]WangS,CaoS,LiF,etal.ImprovingthepiezoelectricpropertiesoftungstenbronzeceramicsbydopingwithK2ONa2ONb2O5[J].JournaloftheAmericanCeramicSociety,2008,91(3):716-719.
[2]CuiY,HeJ,YanH,etal.Lead-freepiezoelectricultrasonicmicromotorsbasedonapuretungstenbronzeceramicdisk[J].AppliedPhysicsLetters,2010,96(4):042904.
[3]HeXX,CaoSZ,LuoJL,etal.EffectsofNb/(Nb+Hf)RatioonCrystalStructureandPiezo-electricPropertiesofKNN-NBTCeramics[J].JournalofInorganicMaterials,2017,32(7):719-724.