[发明专利]一种通过掺杂实现弛豫-正常铁电相变的材料及其方法

说明书

本发明公开了一种通过掺杂实现弛豫‑正常铁电相变的材料及其方法。该材料的化学式为(1‑x)SBN‑xNN(x＝0‑0.8)；材料中的Na⁺占据钨青铜结构中未被Sr²⁺和Ba²⁺占据的A位晶格位置，当x＝0时，该材料为非充满型钨青铜结构，当x＝0.4时，该材料为充满型钨青铜结构，当x0.4时，该材料具有钨青铜和钙钛矿两相共存的复合结构。本发明采用两步固相反应法，首先合成单相的SBN粉末，然后将单相的SBN粉末与Na₂CO₃、Nb₂O₅粉末均匀混合，在高温下烧结，得到相应的陶瓷材料。本发明通过掺杂NN使得SBN晶体结构从非充满型转变为充满型，并在x＝0.4附近发生弛豫‑正常铁电相变，实现了一般情况下难以实现的弛豫‑正常铁电相变。

技术领域

本发明涉及一种通过NaNbO₃(NN)掺杂钨青铜结构Sr_0.75Ba_0.25Nb₂O₆(SBN)，实现弛豫-正常铁电相变的材料及其制备方法。

背景技术

弛豫铁电体通常具有较小甚至纳米尺度的不规则形状铁电畴，宏观表现为具有细长的电滞回线、较小的剩余极化、较小的矫顽场等特点。而正常铁电体则具有较大的形状规则的铁电畴，宏观表现为具有饱和电滞回线、较大的剩余极化、较大的矫顽场等特点。理论上，实现弛豫和正常铁电体之间的相互转变可以有效调控铁电畴的尺寸和形态，这对于优化宏观电学性质具有非常重要的实际意义。

目前，关于这方面的相变研究主要集中在钙钛矿铁电材料中，特别地，一般情况下正常-弛豫铁电相变更容易实现，这是由于通过取代或掺杂，一般会使得材料的化学成分更为复杂，将会扰乱长程铁电序，抑制铁电畴的尺寸，从而增强铁电材料的弛豫程度，导致正常-弛豫铁电相变。由此也意味着，难以通过掺杂的手段来实现弛豫-正常铁电相变，因此，对于弛豫-正常铁电相变的研究鲜有报道。

与钙钛矿结构类似，钨青铜结构以氧八面体作为基本结构单元，通过共顶点连接的氧八面体形成三种空隙：两个12配位的四棱柱A1位、四个15配位的五棱柱A2位和四个9配位的三棱柱C位，化学式为[(A1)₂(A2)₄C₄(B1)₂(B2)₈]O₃₀。根据A位的占据情况可分为完全充满型、充满型和非充满型。Sr_0.75Ba_0.25Nb₂O₆(SBN)由于其A位占有率为5/6，故具有非充满型钨青铜结构。SBN作为钨青铜结构弛豫铁电材料的典型代表，其晶格中1/6的A位未被占据，这使得在SBN非充满性钨青铜结构铁电材料中，通过掺杂实现非充满-充满型结构转变、进一步实现弛豫-正常铁电相变成为了可能。另一方面，考虑到Sr²⁺、Ba²⁺的离子半径分别为和而Na⁺的离子半径分别为相近的离子半径使得NaNbO₃(NN)可以作为掺杂改性物质，来通过Na⁺占据SBN中未占据的A位、Nb⁵⁺直接同质取代SBN中的B位Nb⁵⁺，从而修饰SBN的晶体结构，降低结构中的平均A位离子半径等，使其更接近正常铁电体的值，从而可以实现一般情况下难以实现的弛豫-正常铁电相变。

发明内容

针对一般铁电材料中难以通过掺杂实现弛豫-正常铁电相变这一现状，本发明提供一种通过在SBN中掺杂NN，实现弛豫-正常铁电相变的材料和方法。

本发明实现弛豫-正常铁电相变的技术方案如下：