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钨青铜结构铁电体由于具有组成结构灵活和性能可调性强的特点,表现出丰富的物理性能以及优异的介电、铁电、光电、热释电和非线性光学性能等,是一种重要的功能材料。本文主要从四方钨青铜结构铁电陶瓷组成-结构-性能之间构效关系的设计思想出发,分别选取SrxBa1-xNb2O6(SBN)、Sr1-xCaxNaNb5O15(SCNN)、Sr2NaNb5O15(SNN)陶瓷体系作为研究对象,通过向A位引入碱金属Na+,诱导结构由未填满型向填满型转变,针对A位填满度对陶瓷相结构、显微形貌以及电性能的影响规律展开系统研究。主要研究结论如下:1.采用传统固相反应法制备技术成功制备出致密的(Sro.53Ba0.47)2.5-0.5xNaxNb5C15(SBNN)陶瓷,通过设计组分诱导结构由非填满型向填满型直至完全填满型的转变,系统研究A位填满度对SBNN陶瓷相结构、显微形貌、介电和铁电性能的影响。结果表明:随着A位碱金属Na+含量的增大,A位填满度逐渐增大,结构由未填满型向填满型转变,所有SBNN陶瓷样品均形成了四方钨青铜结构(TTB)纯相。填满型SBNN陶瓷晶粒的各向异性生长现象尤为明显。进一步增加Na+含量至1.0以上,因Na+半径较大不能进入C位以形成完全填满型结构,过量的Na+以NaNb03的形式存在,此结论被XRD和EDX结果所证实。随着A位碱金属Na+含量的增大,A位填满度增大,A-Nb06振动模式逐渐增强,Nb06八面体的畸变程度也增大,使得SBNN陶瓷的介电和铁电性能得以提升。因此,填满型的SBNN陶瓷呈现出优异的介电和铁电性能:Tc = 257 ℃,εm=2730,Pr=4.8 μC/cm2,E= 10.7 kV/cm。2.在填满型(SrxBa1-x)2NaNb5O15陶瓷体系中通过改变Sr2+/Ba2+含量,研究不同Sr2+含量对SBNN陶瓷相结构、显微形貌、介电和铁电性能的影响。当x<1.0时,所有填满型SBNN陶瓷均可获得四方钨青铜结构纯相,SNN(Ccm21)和BNN(Bbm2)具有不同的空间群对称性,填满型的SBNN陶瓷在Sr2+含量为0.6附近存在准同型相界(MPB),使其介电和铁电性能明显增强(εm = 3622,tanδ = 0.024,εr = 875,Pr=5.0μC/cm2,Ec=11.3kV/cm)。当x=1.0时,SNN陶瓷由于固溶极限出现了Na0.5Sr0.25NbO3第二相,使其性能明显下降。此外,局部结构变化和极化波动引起低温介电异常峰,随着Sr2+含量的增加,低温异常峰移向高温且增强。3.在(Sro.925Ca0.075)2.5-0.5xNaxNb5O15(SCNN)陶瓷材料体系中,改变 A 位的 Na+含量调控结构由未填满型向填满型渐变,研究A位填满度对SCNN陶瓷相结构、微观形貌、电学性能和光学性能的影响,进一步佐证填满度对结构和性能的影响规律。研究表明:当x<1.0时所有SCNN陶瓷样品均形成了 TTB纯相。随着A位填满度的增大,A-NbO6相互作用以及NbO6八面体的畸变程度增大,从而导致SCNN陶瓷的介电和铁电性能随之增强。当x=1.0时,填满型SCNN陶瓷由于存在Na0.5Sr0.25NbO3(NSN)第二相从而削弱其电学性能。因此,在x = 0.8时,SCNN陶瓷表现出较优的介电和铁电性能:Tc = 290 ℃,εr= 1394,εm= 1320,tanδ = 0.006,Pr=5.5μC/cm2,Ec=19kV/cm。SCNN陶瓷除了具有较优的电学性能外,同时具有一定的光学性能(35-45%)。4.通过改变 Sr2+/Ca2+含量系统地研究了(Sr1-xCax)2 1Na0.8Nb5O15(SCN0.8N,0.0≤x≤0.15)陶瓷体系组分变化对陶瓷相结构、微观形貌、介电和铁电性能的影响。研究结果表明:所有SCN0.8N陶瓷样品均形成TTB纯相。随着Ca2+含量的增加,SCN0.8N陶瓷非等轴晶粒减少,等轴晶粒增多,同时,高含量Ca2+形成少量液相促进部分大尺寸晶粒生成。对于x = 0.075的SCN0.8N陶瓷具有晶粒尺寸较小且均匀的显微形貌,因而表现出较优异的电学性能(εr= 1420,εm= 1326,tanδ = 0.006,Pr=5.1μC/cm2,Ec=14kV/cm)。此外,SCN0.8N陶瓷体系在低温下存在铁弹相变峰,且其随着A位Ca2+含量的增大移向高温。5.填满型Sr2NaNb5O15(SNN)陶瓷在烧结过程中易形成Na0.5Sr0.25NbO3(NSN)相,从而在很大程度上恶化了 SNN陶瓷的电学性能。为了抑制NSN的产生,用Bi3+取代A位Na+,结果表明:引入Bi3+可以有效抑制SNN基陶瓷烧结过程中第二相NSN的产生。当x = 0.04时,陶瓷表面的晶粒生长较为均匀,晶界清晰,因此获得较为优异的透光性和电性能:εm= 1768,Pr=7.1μC/cm2,Ec=13.9kV/cm。