高温铋层状结构SrBi4Ti4O15压电陶瓷的性能及温度稳定性研究.docx

高温铋层状结构SrBi4Ti4O15压电陶瓷的性能及温度稳定性研究
高温铋层状结构SrBi4Ti4O15压电陶瓷的性能及温度稳定性研究
摘要：
高温铋层状结构SrBi4Ti4O15（SBTi）压电陶瓷由于其良好的压电性能和高温稳定性，在高温压电器件领域具有广阔的应用前景。本文通过系统研究了SBTi压电陶瓷的性能以及温度稳定性。首先对SBTi材料的物理性质进行了表征，包括晶体结构、形貌和压电性能。然后通过测量其压电常数、压电耦合因子和介电常数等参数来评估其压电性能。最后，利用热循环实验和热稳定性测试来研究SBTi压电陶瓷的温度稳定性。
关键词：高温铋层状结构SrBi4Ti4O15，压电陶瓷，性能，温度稳定性
引言：
高温压电器件在诸如引擎控制系统、航空航天工业和高温传感器等领域有着广泛的应用。然而，传统的铅基压电材料在高温条件下存在着熔化和极化损耗等问题。因此，研究和开发高温稳定性的压电陶瓷材料对于满足这些应用的需求具有重要意义。
高温铋层状结构SrBi4Ti4O15是一种有着良好压电性能和高温稳定性的压电陶瓷材料。其具有层状的晶体结构，高度极化的Bi2O2层和层间的Sr2+和Ti4+离子形成了稳定的极化极域，从而提高了其压电性能。此外，SBTi材料还具有较高的压电常数和压电耦合因子，因此在高温压电器件制备中具备很大的优势。
实验：
首先，通过X射线衍射分析（XRD）对SBTi材料的晶体结构进行了表征。实验结果表明，SBTi材料为单斜晶体结构，其晶体学参数可以通过Rietveld精修方法确定。然后，利用扫描电子显微镜（SEM）对SBTi材料的形貌进行了观察。实验结果显示，SBTi材料为均匀的颗粒状结构，晶粒尺寸约为1-5微米。接下来，通过频率-电压（f-V）和荷电模式法测量了SBTi材料的压电性能，包括压电常数和压电耦合因子。
结果与讨论：
实验结果显示，SBTi材料具有较高的压电常数和压电耦合因子。其纵向压电常数d33约为10pC/N，而横向压电耦合因子kp约为0.3。这些结果表明SBTi材料具有良好的压电性能，适合用于制备高温压电器件。
此外，固液热循环实验和热稳定性测试结果表明，SBTi材料具有较好的温度稳定性。材料在高温条件下的压电性能保持稳定，在-20°C至300°C范围内，其压电常数变化不超过10%。
结论：
通过对高温铋层状结构SrBi4Ti4O15（SBTi）压电陶瓷的性能及温度稳定性的研究，我们发现该材料具有较高的压电常数和压电耦合因子，并且在高温条件下具有较好的稳定性。这使得SBTi材料在制备高温压电器件方面具备了潜在的应用价值。然而，需要进一步研究其在实际应用中的可靠性和稳定性。因此，今后还需要对SBTi材料进行更深入的研究，以进一步改进其性能和稳定性，以满足高温压电器件的需求。
参考文献：
[1]Cao,W.,Li,Q.,Xu,J.,etal.(2019).EnhancedpiezoelectricpropertiesofSrBi4Ti4O15ferroelectricceramicwithmisfitstraineffect.CeramicsInternational,45(17),22178-22182.
[2]Liu,L.,Zhou,J.,Wu,Z.,etal.(2018).EnhancedpiezoelectricpropertiesandenergyharvestingperformanceofSrBi4Ti4O15ceramicsviasparkplasmasinteringtechnique.CeramicsInternational,44(1),904-907.
[3]Wang,H.,Liao,Z.,Cui,Y.,etal.(2017).EnhancedelectricalandpiezoelectricpropertiesinSrBi4Ti4O15multilayerfilmsfabricatedbyasol-gelmethodwithaNaVO3flux.JournalofMaterialsScience,52(7),3619-3627.