信息功能陶瓷研究的几个热点

李永祥 陶瓷研究 功能陶瓷 储能电容器 无铅压电陶瓷 晶界层电容器 压电性能 压电换能器 相变温度 多种功能 电子陶瓷

信息功能陶瓷是一类具有独特的电、磁、声、光、热、机械、化学、生物等性能，相互转化，产生耦合效应的陶瓷材料。主要用于其电性能的陶瓷材料一般称为电陶瓷或功能陶瓷。它们在计算机、无线通信、汽车和工业控制系统等许多关键技术中变得越来越重要。各种电陶瓷子类的发展与新技术的发展是同步的。例如铁电材料--MLCC、Feram；铁氧体-滤波器，谐振器；固体电解质-能量储存与转换；压电-声纳，换能器，致动器；半导体氧化物PTC和NTC-环境监测。电陶瓷材料的发展趋势是薄膜化、低维材料化、多相化、多功能化、织构化、单晶化、高均匀性、低成本化、LTCC化、环境友好化。新型元器件向小型化、低功耗、微波化、大功率化、智能化、高可靠性等方向发展。近年来，随着人们环保意识的不断增强，能源需求的快速增长及其对大气污染的影响日益突出。因此，无铅压电陶瓷、高性能储能电容器介质以及巨电热效应成为功能陶瓷研究的三大热点。1 KNN基>400pC/N的无铅压电陶瓷BaTiO和Na0.530.53是三种主要的无铅压电材料，其中KNN是最有希望替代PZT基陶瓷的材料[1-2]。研究表明，在K/Na=47/53附近，两个正交相之间存在相界，具有优异的压电性能。纯KNN在690 K（TC-T）,480 K（TT-O）和158 K（TO-R）下经历了一系列相变。离子置换可以改变相变温度，从而改善铁电和压电性能。A位通常被Li、Ag离子取代，Ta、Sb离子在B位。在非平衡态下，A位掺有Ca、Sr、Ba，甚至B位掺有(Bi0.52+0.52+0.52+、Zr）。Li是唯一能提高KNN的TC的掺杂离子。研究表明，价错配可导致TC迅速降低[4]。T-O和O-R相变强烈受B位离子控制。TT-O和To？R在B位取代Ti子后均有所降低，与A位离子几乎无关。Zr离子使TT-O降低，而-R升高，8%的Zr加入可使菱形相稳定到室温。在室温下，Sb5+也能增加TO-R,9%含量的Sb取代量增加到？R。Ta替代同时降低了TC-T和TT-O。结果表明，40%Ta5+的加入可使TT-O降低到室温0.53-(0.10-)(Bi0.53=0.7-0.8,=230-265pC/N,=40.6%-41.9%。对于组成为0.92(Na0.53-0.02(Bi0.53，=420pC/N，=56%，=243℃)的陶瓷，得到了良好的性能。KNN基陶瓷在不同离子替代下的相变(MPB、PPT)仍有待探索。KNN基陶瓷似乎是最有希望替代PZT器件应用的材料。2储能介质电容器用高性能陶瓷介电材料具有能量密度高、充放电快、在极端环境条件下抗老化等优点。它在电动汽车、电力电子、脉冲电源系统、高能量密度武器、可再生能源和智能电网等领域有着广泛的应用。美国EEStor公司就dielctric超级电容器申请了多项专利。EEStor报告了一个大的相对介电常数（19818）在异常高的电场强度350毫伏/米，给出10焦耳/厘米的电介质。的

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