信息功能陶瓷研究的几个热点.PDFVIP

第29 卷 第 1 期 无 机 材 料 学 报 Vol. 29 No. 1 2014 年1 月 Journal of Inorganic Materials Jan., 2014 文章编号: 1000-324X(2014)01-0001-05 DOI: 10.3724/SP.J.1077.2014.00001 信息功能陶瓷研究的几个热点 李永祥 ( 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050) 信息功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、力、化学或生物等不同性能之间相互转化和耦合效应的一 类无机非金属功能材料, 亦称为功能陶瓷或电子陶瓷, 主要包括介电、铁电、压电、热释电、半导体、电光、 磁性、高温超导等多种功能的新型高技术陶瓷。基于各种功能效应的新一代电子元器件如: MLCC 电容器、 片式电感器、电阻器、PTC 和NTC 热敏电阻、变阻器、晶界层电容器、滤波器、谐振器、压电换能器、驱 动器、微位移器等等, 它们是计算机、集成电路、移动通信、能源技术和军工电子等领域的重要基础材料 与元器件。随着高新技术的快速发展, 功能陶瓷材料的发展趋势是多层化、低维化、复相化、织构化以及 高均匀性、低成本、低温合成、环境协调; 新型元器件则朝着片式化、微型化、模块化、低功耗、高频化、 智能化、绿色化、大功率以及在极端条件下服役的高可靠性方向发展。 近几年来, 随着人们环境保护意识的日益增强, 经济发展对能源需求的快速增长以及环境污染问题的日 益突出, 环境友好型的无铅压电陶瓷、储能介质与高性能电容器、巨电卡效应成为功能陶瓷研究的三大热点。 1 d33 400 pC/N 的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷 目前, 无铅压电陶瓷主要有 BaTiO 、Na Bi TiO 和 K Na NbO (KNN)三大体系, 其中 BaTiO 和 3 0.5 0.5 3 0.5 0.5 3 3 Na0.5Bi0.5TiO3 的压电性能和居里温度相对较低, 主要用于超声探测器; KNN 的烧结温度较低、居里温度高、 [1-2] 压电系数高, 有望成为PZT 的替代材料 。 [3] 当K/Na=47/53 时, KNN 体系中存在两种正交相的相界, 此处的压电性能最优 。从高温降低的过程中, KNN 体系经历立方→四方→正交→三方等系列相变。三个介电峰位于690、480 和 158 K, 分别对应C-T、 T-O 和O-R 三个相变。通过元素的掺杂取代可以改变KNN 中的相变温度, 提高其铁电和压电性能。等价掺 杂中A 位通常掺杂一价的Li+ + 5+ 5+ 2+ 2+ 或Ag , B 位掺杂五价的Ta 或Sb ; 不等价掺杂时, A 位可以掺杂Ca 、Sr 或Ba2+, 甚至可以共掺(Bi0.5Li0.5)2+ 、(Bi0.5Na0.5)2+或(Bi0.5K0.5)2+, 此时B 位可以有Ti4+和Zr4+ 。