三元陶瓷Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3准同型相界附近组分的介电、铁电和压电性能

摘要

铅基复合钙钛矿铁电材料广泛应用于机电传感器、致动器和换能器.二元铁电固溶体Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PNN-PT)由于其在准同型相界(MPB)区域具有优异的压电、介电性能而备受关注.然而较大的介电损耗和较低的居里温度限制了其在高温高功率器件方面的应用.本研究通过引入Pb(In1/2Nb1/2)O3(PIN)作为第三组元改善PNN-PT的电学性能,提高其居里温度;通过两步法合成了MPB区域的三元铁电陶瓷Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PIN-PNN-PT),研究了其结构、介电、铁电和压电性能.制备的所有组分陶瓷具有纯的钙钛矿结构.随着PT含量的增加,陶瓷结构从三方相转变为四方相.通过XRD分析得到了室温下PIN-PNN-PT体系的MPB相图.体系的居里温度由于PIN的加入得到了很大的提高,更重要的是PIN的引入降低了PNN-PT体系的介电损耗和电导.MPB处的组分展现出了优异的电学性能,室温下,性能最优组分为0.30PIN-0.33PNN-0.37PT:d33=417 pC/N,TC=200℃,ε′=3206,tanδ=0.033,Pr=33.5μC/cm2,EC=14.1 kV/cm.引入PNN-PT的PIN第三组元使得体系的居里温度和压电性得到提高的同时降低了的介电损耗和电导率,因此,PIN-PNN-PT三元铁电陶瓷在高温高功率换能器等方面具备一定的应用潜力.