Ga3+替代Sc3+对BSPT64高温压电陶瓷性能影响研究

"这篇论文研究了Ga3+离子取代Sc3+在高温压电陶瓷0.36BiScO3-0.64PbTiO3(BSPT64)体系中的影响。通过固相反应法，研究人员制备了一系列不同Ga2O3含量的陶瓷样品，探究了Ga3+取代比例对材料的结构、介电性和压电性能的改变。实验结果显示，当Ga3+取代量为0.01时，所得的BGSPT64-0.01陶瓷表现出最佳性能，具有高压电常数d33和机电耦合系数kp，适用于压电换能器和传感器的制造。" 在高温压电陶瓷领域，传统的PZT材料在超过一定温度后会失去其铁电特性，无法正常工作。因此，寻找能够在高温环境下保持良好性能的新型压电材料至关重要。2001年，BS-PT体系的发现，尤其是BiScO3-PbTiO3复合材料，因其高居里温度和接近PZT的压电性能，成为高温应用的理想选择。 该研究中，作者杨振等人以0.36BiScO3-0.64PbTiO3为基础，逐步引入Ga2O3，形成一系列不同比例的BGSPT64陶瓷。通过X射线衍射(XRD)分析，证实了Ga3+可以成功取代B位的Sc3+，而不破坏BSPT64体系的钙钛矿结构。这表明Ga3+的引入对材料的晶体结构是兼容的。 进一步的实验发现，随着Ga3+取代比例的增加，材料的介电和压电性能发生改变。特别是在x=0.01的取代量时，BGSPT64-0.01陶瓷的d33压电常数达到510 pC/N，机电耦合系数kp达到61%，同时剩余极化强度Pr为49 μC/cm²，矫顽场Ec为21 kV/cm。这些数值表明，BGSPT64-0.01陶瓷具有优异的压电转换能力和稳定性，适合作为高温环境下的压电换能器和传感器材料。 研究还指出，优化的BGSPT64-0.01陶瓷因其在高温下的稳定性和优良性能，有望在诸如超声波测井换能器等需要在200-300℃工作的应用中替代传统材料，解决高温环境下压电材料性能下降的问题。 该研究通过掺杂Ga3+实现了对BSPT64陶瓷性能的改进，揭示了掺杂量对材料性能的影响规律，为高温压电陶瓷的设计和应用提供了新的思路和科学依据。