[发明专利]一种硼铌酸钾晶体、其制备方法与其作为反铁电材料的用途

说明书

本发明公开了一种硼铌酸钾晶体、其制备方法与其作为反铁电材料的用途。KNBO晶体的化学式为K₃Nb₃B₂O₁₂，KNBO晶体在室温时处于正交晶系，P2₁ma点群，其晶胞参数为：α＝β＝γ＝90°。所述KNBO反铁电晶体在‑193℃至510℃的宽温区范围内都处于反铁电相。该发明为反铁电领域提供了一种无铅、温度可调变的新型反铁电材料，在储能电容器、脉冲电容器、精密制动器、电致应变、电卡制冷等领域具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种硼铌酸钾晶体、其制备方法与其作为反铁电材料的用途。

背景技术

在一定温度范围内，反铁电体相邻子晶格内的偶极子呈反平行排列，在外电场、热应力诱导下反铁电相将向铁电相转变，呈现出典型的双电滞回线特征。反铁电材料在高密度储能电容器、大位移致动器、换能器和热释电探测器及电致冷技术等领域拥有广泛的应用前景。但至今发现的反铁电材料仅有40多种，其中多数材料在室温时不处于反铁电相(如NH₄H₂PO₄在-125℃以下、NH₄H₂AsO₄在-68℃以下处于铁电相)，无法满足应用的需求。近年来，随着环境保护和人类社会可持续发展的需求，研究新型环境友好的无铅反铁电材料成为世界各国的研究热点。

发明内容

本发明的第一方面提供一种硼铌酸钾KNBO晶体，该KNBO晶体的化学式为K₃Nb₃B₂O₁₂，所述KNBO晶体在室温时处于正交晶系，P2₁ma点群，其晶胞参数为：α＝β＝γ＝90°。

根据本发明的技术方案，所述KNBO晶体具有基本上如图2所示的X-射线晶体衍射图谱和/或如图3所示的晶体结构图。

根据本发明的技术方案，所述KNBO晶体具有基本上如图4所示的P-E双电滞回线谱图和/或图6所示的介电温谱。

根据本发明的技术方案，所述KNBO晶体在-193℃至510℃的温区范围内皆处于反铁电相；例如-150℃至400℃、或者-50℃至200℃的温区范围内皆处于反铁电相；示例性地在室温时，所述KNBO晶体处于反铁电相。示例性地，所述KNBO晶体在室温的反铁电-铁电相变电场约为20kV/cm。

根据本发明的技术方案，所述KNBO晶体为无色透明晶体。

本发明的第二方面提供所述KNBO晶体的制备方法，所述方法包括：按照K₃Nb₃B₂O₁₂化学计量比称取含钾化合物、含铌化合物、含硼化合物和助熔剂混合，采用高温熔盐法或顶部籽晶法制备得到所述KNBO晶体。

根据本发明的实施方案，所述高温熔盐法制备KNBO晶体包括如下步骤：

按照K₃Nb₃B₂O₁₂化学计量比称取含钾化合物、含铌化合物和含硼化合物，与助熔剂混合，在熔盐炉内经升温、熔融、保温、降温后，得到所述KNBO晶体。

根据本发明的实施方案，所述顶部籽晶法制备KNBO晶体包括如下步骤：

按照K₃Nb₃B₂O₁₂化学计量比称取含钾化合物、含铌化合物和含硼化合物，与助熔剂混合，在熔盐炉内经升温、熔融、保温、引入籽晶、降温、退火后，得到所述KNBO晶体。