哈工大在織構(gòu)壓電陶瓷領域取得進展

中國粉體網(wǎng)訊  壓電陶瓷是一種能夠?qū)�機械能和電能互相轉(zhuǎn)換的信息功能陶瓷材料，已被廣泛應用于醫(yī)學成像、聲傳感器、聲換能器、超聲馬達等。

多晶陶瓷材料中的陶瓷晶粒的取向被認為是隨機分布的。然而，在成型和燒結(jié)過程中，施加一定的熱、力、電、磁等特殊條件，則會引導晶粒沿著某些方向排列或生長，獲得晶粒的擇優(yōu)取向，這種現(xiàn)象稱為織構(gòu)。具有這種擇優(yōu)取向的壓電陶瓷即織構(gòu)壓電陶瓷。

(a)普通陶瓷；(b)單晶；(c)織構(gòu)陶瓷微觀示意圖

織構(gòu)壓電陶瓷可獲得盡可能接近單晶的壓電系數(shù)和機電耦合系數(shù)。由于織構(gòu)壓電陶瓷(模板晶粒生長技術(shù))與傳統(tǒng)陶瓷(流延法)的制備方法類似，因此，從理論上講，織構(gòu)壓電陶瓷是可以在獲得與單晶類似壓電性能的同時，實現(xiàn)低成本、高成分均勻性以及異性和共型制備。近幾十年來，織構(gòu)壓電陶瓷體系已經(jīng)從Bi₄Ti₃O₁₂基鉍層狀結(jié)構(gòu)和Sr_1–xBa_xNb₂O₆基鎢青銅結(jié)構(gòu)的非對稱粒子體系拓展到BaTiO₃基、(K,Na)NbO₃(KNN)基和PbTiO₃基鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)的任意形狀粒子體系，織構(gòu)壓電陶瓷體系種類得到豐富的同時，織構(gòu)壓電陶瓷的取向度及壓電性能也得到了明顯的提升。

近日，哈工大以“Performance enhancement of ultrasonic transducer made of textured PNN-PZT ceramic”為題在期刊JOURNAL OF ADVANCED DIELECTRICS上發(fā)表論文，研究人員選擇與商業(yè)PZT-5H陶瓷具有相近居里溫度與壓電系數(shù)的0.36Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃-0.24PbZrO₃-0.40PbTiO₃陶瓷作為基體組分，并通過織構(gòu)工程制備了PNN-PZT-3BT織構(gòu)陶瓷。之后使用商業(yè)PZT-5H，PNN-PZT無取向陶瓷及PNN-PZT織構(gòu)陶瓷分別制備了具有經(jīng)典結(jié)構(gòu)的自發(fā)自收型換能器，并對換能器參數(shù)進行了對比。

所有結(jié)果表明，織構(gòu)后的陶瓷具有更高的壓電系數(shù)與機電耦合系數(shù)，可以有效提高換能器的靈敏度與帶寬，其中更大的壓電系數(shù)有利于換能器高靈敏度的獲得，機電耦合系數(shù)的大小直接影響到換能器的帶寬。可以預見，低成本織構(gòu)陶瓷的應用可以顯著提升中低端換能器的性能參數(shù)，且隨著織構(gòu)陶瓷的進一步發(fā)展，有望實現(xiàn)高端換能器中壓電單晶的部分替代。

參考來源：

[1]JAD電介質(zhì)學術(shù)交流

[2] 鉛基織構(gòu)壓電陶瓷研究進展.硅酸鹽學報

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除