B位复合离子对Na1/2Bi1/2TiO3无铅压电陶瓷介电特性的影响及机理研究

本篇文章《B位复合离子取代对Na1/2Bi1/2TiO3无铅压电陶瓷介电特性的影响》发表于2009年的中南大学学报(自然科学版)，由周昌荣和刘心宇两位作者合作完成。他们研究了采用传统陶瓷制备技术制备的无铅压电陶瓷材料(1-x)Na1/2Bi1/2TiO3-xNa1/2Bi1/2(Sb1/2Nb1/2)O3，重点关注了B位复合离子Sb1/2Nb1/2)4+的取代对晶体结构、弥散相变以及介电弛豫特性的影响。 首先，作者利用X射线衍射技术对陶瓷的晶体结构进行了深入分析，确认了在所研究的成分范围内，陶瓷能够形成纯钙钛矿固溶体，这是无铅压电陶瓷的重要特性，因为它决定了材料的稳定性和电性能。 研究发现，这种新型无铅陶瓷呈现出显著的介电反常峰tf和tm，这不同于典型的弛豫铁电体。这两个峰的出现反映了陶瓷内部的介电弛豫行为，即在特定温度下，电荷载流子在电场作用下的移动受到阻碍，导致电容随频率变化的特性。这在理论上可以归因于宏畴-微畴转变机制，即大域和小域的电矩相互转换的过程。 有趣的是，研究发现随着掺杂量的增加，陶瓷的介电特性有所变化。当掺杂量较低时，陶瓷主要在低温介电反常峰tf附近表现出明显的频率依赖性，意味着其电性能受频率影响较大，可能在高频环境下表现优异。然而，当掺杂量较高时，陶瓷在室温和tf之间的频宽内都显示出明显的频率依赖性，这表明其在更广泛的温度范围内的电性能稳定性有所提高。 这项研究揭示了B位复合离子取代对无铅Na1/2Bi1/2TiO3陶瓷介电性能的重要影响，为设计和优化无铅压电陶瓷材料提供了有价值的理论基础，对于环保型电子设备和能源转换技术的发展具有重要意义。通过精细调控掺杂比例，有望实现介电性能和频率响应的优化，满足不同应用场合的需求。