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Bi0.5(Na,K)0.5TiO3-(Bi0.5La0.5)AlO3无铅压电陶瓷的结构，铁电性和电场诱导的强应变 Aman Ullah， Chang Won Ahn， Sun Young Lee， Jin Soo Kim， Ⅲ Won Kim 摘要：X的范围为0~0.030的无铅压电(1-x)Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3–x(Bi0.5 La0.5)–AlO3(BNKT–BLA)是由传统固相反应法合成。在此研究(Bi0.5La0.5)AlO3的构，铁电性和电场引发的强应变。在所研究的组成范围中，XRD法揭示了一个具有正方对称的单一钙钛矿相。然而，BNKT陶瓷的正方性(c/a)随着BLA的含量增加而显著减少。极化和应变滞后循环表明BNKT陶瓷的铁电顺序由于B(d33*=Smax /Emax=579pm/V)。 关键词：粉末固相反应；烧结；铁电性；压电性 1 引言 铅氧基压电陶瓷，例如Pb(Zr,Ti)O3(PZT)由于其高效压电性能被广泛用作致动器，灵敏器和传感器。然而，就立法上来说，铅被认为是有毒的，并且其在许多商业应用中的使用都是禁止的。正因为如此，无铅压电陶瓷已变为工业和学术界关注的焦点。 Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)陶瓷具有菱形钙钛矿结构，由于其在室温下具有强压电效应，因而被看做无铅压电陶瓷的候选。然而，因为高电导率，纯BNT的极化是很困难的。此外，对于一般的应用来说，BNT的压电性能太低。为了提高BNT的压电性能，BNT已通过和其它钙钛矿型材料组合来改性如BaTiO3(BT)，SrTiO3(ST)，(Bi0.5K0.5)TiO3(BKT)，NaNbO3，KNbO3，Bi0.5Na0.5TiO3– BaTiO3–K0.5–Na0.5NbO3(BNT–BT–KNN)[16]。在这些改性BNT基陶瓷中，BNT–BKT系列材料由于在0.16≤x≤0.20时，菱形正方型变晶相边界附近具有优异的铁电性与压电性，所以获得了诸多关注。在BNT–BKT二元体系中，一种在变晶相边界的Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3的正方边的材料被观察到具有高应变(~23%)和(~291pm/V)。这样的材料很适合用于机电设备。因此，具有在变晶相边界的BNKT的正方边的组成的陶瓷在这个研究领域里被选作基体材料。 最近理论计算表明BiAlO3(BA)有很高的自发极化率，约76μC/cm2，和大约800K的居里温度。此外，理论计算表明BA晶体结构将会具有类似于钙钛矿型的菱形对称性。Zylberberg等人已经合成了BA并且证实了其确实为铁电体，且居里温度Tc520oC。然而，BA较差的热力学稳定性和合成其的苛刻条件限制了在技术应用中的可用性。因此，一种有效的方法是通过将其合并到其它钙钛矿型材料中形成固溶体从而使BA稳定。Watanaba等已经制造出(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3– xBiAlO3铁电陶瓷并且评估了其电学性能。近期，Yu和Ye已合成一个(1-x)(Na0.5Bi0.5)TiO3–xBiAlO3(NBT–BA)陶瓷体系，而且发现相对于纯NBT其具有的优异的铁电性与压电性能。Hiruma等最近合成了(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3–xBa –(Al0.5Nb0.5)O3(BNT–BAN)固溶陶瓷并且报告称最大应变约为0.40%，在x=0.055时相应的归一化应变d33*=533pm/V。 在这项研究中，一个新的无铅固溶体(1-x)Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3–x(Bi0.5La0.5) –AlO3(BNKT–BLA)由La3+在BiAlO3陶瓷中A位部分取代Bi3+形成。BNKT–BLA陶瓷通过传统固相反应合成。在此之上研究了(Bi0.5La0.5)AlO3(BLA)的晶体结构，微结构，铁电性，和电厂引发的应变效应。本研究的目的是寻找具有高电场诱发的强应变响应的新型无铅材料。 2 实验 (1-x)Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3–x(Bi0.5La0.5)AlO3(x=0~0.030)压电陶瓷使用Bi2O3，TiO2，Al2O3，La2O3(99.9%，），Na2CO3(99.9%，），和K2CO3(≥99%，Sigma-Aldrich)当作原始生料，用传统固相反应法合成。在称重前，粉体在100oC的炉中干燥12h。首先分别制备BNKT和BLA，接着在850oC下煅烧2h。根据化学计量公式对两种材料称重并在乙醇环境中与氧化锆球体球磨24h。干燥的泥浆要在800oC下煅烧2小时，接着再次球磨24h。此粉体被粉碎，并与水溶液聚醇（PVA）溶液混合，在150MPa的压力下将其压制成直径为13mm的绿色磁盘。 烧结是在封闭的氧化铝坩埚