[发明专利]一种无铅铁电材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种无铅铁电材料及其制备方法和应用，所述无铅铁电材料为锌离子和铌离子复合掺杂改性的钛酸铋钠‑钛酸铋钾二元固溶体陶瓷材料；所述无铅铁电材料的化学表达式为：Bi_0.5(Na_0.81K_0.19)_0.5Ti_1‑x(Zn_1/3Nb_2/3)_xO₃；其中，x为摩尔数，x＝0.025～0.04；将准同性相界处的钛酸铋钠‑钛酸铋钾二元固溶体作为基体，通过掺杂锌离子和铌离子，以将非遍历性相到遍历性相的相变调整至室温条件，实现在室温条件下获得的应变性能显著提高；同时，锌铌复合离子可以使极化强度稳定在较宽的温度区间内，从而确保了应变性能的温度稳定性；在面对较小的电场环境时，能够获取理想的形变结果。

技术领域

本发明属于电子陶瓷材料技术领域，特别涉及一种无铅铁电材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代科技及纳米技术的日益发展和精益求精，对于高精密控制的需求不断增加，可调控的微位移技术变得愈发重要；但是传统的机械传动、液压传动和弹性变形等传动方式，往往具有过程复杂，发热损耗过大等缺点，并且很难达到需要的亚微米甚至纳米精度；电致应变作为一种存在于电介质中的一种机-电转换效应，基于电致应变的微位移驱动器具有精度高，功耗小，稳定性好等优点，有望被广泛应用于精密光学、燃油喷射、微机电系统，以及其他新型器件中。

目前，能够实现应用的电致应变材料大多为铅基材料，但其应变值仅为0.1％-0.3％，且制备过程中存在有毒元素铅挥发的风险；现有技术中也有通过对钛酸铋钠基材料进行掺杂改性以获取较高应变值的材料，而这些掺杂改性过程往往导致材料的退极化温度较低，进而极大地影响应变性能的温度稳定性，并且使其在面对较小的电场环境下无法获得理想的形变结果。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种无铅铁电材料及其制备方法和应用，以解决现有的掺杂改性过程往往导致材料的退极化温度较低，进而极大地影响应变性能的温度稳定性，并且使其在面对较小的电场环境将无法获取理想的形变结果的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种无铅铁电材料，所述无铅铁电材料为锌离子和铌离子复合掺杂改性的钛酸铋钠-钛酸铋钾二元固溶体陶瓷材料；

所述无铅铁电材料的化学表达式为：Bi_0.5(Na_0.81K_0.19)_0.5Ti_1-x(Zn_1/3Nb_2/3)_xO₃；其中，x为摩尔数，x＝0.025～0.04。

本发明还提供了一种无铅铁电材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、称取粉末状原料；其中，所述粉末状原料包括碳酸钠、碳酸钾、五氧化二铌、三氧化二铋、氧化锌及二氧化钛；

步骤2、对所述粉末状原料进行一次球磨处理，得到一次球磨后的粉料；

步骤3、对所述粉料进行预烧处理，得到预烧后的粉料；

步骤4、对所述预烧后的粉料进行二次球磨处理，得到二次球磨后的粉料；

步骤5、将所述二次球磨后的粉料初压成预设形状，之后再利用等静压处理，形成坯体；

步骤6、将所述坯体进行烧结，保温，自然冷却至室温，得到陶瓷片；

步骤7、在所述陶瓷片的表面镀金，得到所述无铅铁电材料。

进一步的，步骤2中，对所述粉末状原料进行一次球磨处理，得到一次球磨后的粉料的过程，具体如下：