【摘 要】
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锆钛酸铅[Pb（Zr,Ti）O3]压电陶瓷由于具有互相转换电能和机械能的特性以及优良的压电响应和温度稳定性,已被应用在许多电子设备中（例如,马达、超声波电机、传感器、换能器等）。但是,Pb基压电陶瓷含有超过60%的氧化铅,这可能会损害人类身体健康和污染生态环境。因此,开发无铅压电陶瓷以替代各种电子器件中的铅基元件是实现可持续发展的重要举措之一。本论文主要通过化学改性（稀土离子掺杂）的方法制备了改性
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锆钛酸铅[Pb（Zr,Ti）O3]压电陶瓷由于具有互相转换电能和机械能的特性以及优良的压电响应和温度稳定性,已被应用在许多电子设备中（例如,马达、超声波电机、传感器、换能器等）。但是,Pb基压电陶瓷含有超过60%的氧化铅,这可能会损害人类身体健康和污染生态环境。因此,开发无铅压电陶瓷以替代各种电子器件中的铅基元件是实现可持续发展的重要举措之一。本论文主要通过化学改性（稀土离子掺杂）的方法制备了改性钛酸钡（BaTiO3）基无铅压电陶瓷,并对其相结构、微观组织与电学性能展开了系统地研究。相关研究内容如下:（1）使用传统固相烧结法制备了（1-x）(Ba0.94Ca0.06Ti0.92Sn0.08)-x Sm2O3-0.06mol%Ge O2（0 mol%≤x≤0.09 mol%）[缩写为（1-x）BCTS-x Sm-0.06G]无铅压电陶瓷。研究了Sm2O3掺杂对BaTiO3基压电陶瓷相结构、微观组织与电学性能的影响。研究表明,当Sm2O3=0.03 mol%时,陶瓷形成了准同型相界（MPB,O-T）并获得了数量较多的纳米铁电畴,因而获得了良好的电学性能:d33=630±20 p C/N,kp=61%,TC=63.5°C,εr=4906,tanδ=3.25%,Pr=10.39μC/cm~2,EC=1.02 k V/cm。（2）使用传统固相烧结法制备了（1-x）(Ba0.98Ca0.02Ti0.94Sn0.04Zr0.02)-x Y2O3（0mol%≤x≤0.1 mol%）[缩写为（1-x）BCTSZ-x Y]无铅压电陶瓷。研究了Y2O3掺杂对BaTiO3基压电陶瓷相结构、微观组织与电学性能的影响。研究表明,当Y2O3=0.06 mol%时,陶瓷形成了MPB（O-T）并获得了较为致密的晶粒分布,因而获得了良好的电学性能:d33=419 p C/N,kp=52%,TC=89°C,εm=26900,tanδ=2.86%,Pr=14.41μC/cm~2,EC=1.8 k V/cm。（3）使用传统固相烧结法将六种稀土氧化物掺杂到BCTSZ陶瓷中,制备了（1-x）(Ba0.98Ca0.02Ti0.94Sn0.04Zr0.02)-x M2O3（0 mol%≤x≤0.12 mol%,M=Y,La,Ce,Pr,Nd,Sm）无铅压电陶瓷。研究了六种稀土氧化物对BaTiO3基压电陶瓷相结构、微观组织与电学性能的影响。研究表明,当Nd2O3=0.06 mol%时,陶瓷形成了MPB（O-T）,并且相对于其他稀土氧化物,该成分陶瓷还获得了较大的晶粒尺寸和数量较多的纳米铁电畴,其电学性能为:d33=463 p C/N,kp=56%,TO-T=36.5°C,TC=87.5°C,εr=3720,tanδ=2.07%。
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