[发明专利]一种电致伸缩材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能材料领域，具体的说，涉及一种电致伸缩材料及其制备方法。

背景技术

电致伸缩材料是一种具有机电耦合效应的铁电材料，其在外电场的诱发作用下会产生一定的形变。由于该形变的机理是通过电输入信号而非机械量输入来产生所需运动，因此可以实现机械隔离，并且由于其驱动功率小、无需高压预极化，不存在极化和去极化引起的老化问题，因此使电致伸缩材料成为微位移器件的理想材料，备受国防、微电子工业及尖端技术的重视，在智能结构系统、微机械电子系统、微型机器人、激光束偏转器、自适应光学系统等方面有着广泛的应用。

电致伸缩材料所产生的形变(应变)与电场强度大小的平方成正比，因此在实际工作时，要想获得足够大的应变量需要施加更强的电场，这就需要材料必须具备优良的耐高压性能和低损耗性。在现有技术中，例如文献Ceram.Int.2004，30：1411～1417和Ceram.Int.2006，32：189～194中所介绍的：使用超细粉末、热压烧结等工艺制备的铌镁酸铅系(PMN)电致伸缩材料主要以Ba、Sr、K等元素进行掺杂改性，该材料存在耐压性能差、损耗高、的问题，此外，由于超细粉末的工艺条件苛刻、操作过程复杂，热压烧结则需要一套昂贵的特殊设计的热压设备，成本很高，目前它们都很难应用于工业化生产。

发明内容

本发明的目的是克服现有电致伸缩材料耐压性能差、损耗高且制造成本高的缺陷，提供一种耐压性能好、形变量大、损耗低的电致伸缩材料，并提供一种操作简单、低成本的制备方法以制备上述电致伸缩材料，从而有利于实现工业化生产。所述电致伸缩材料可广泛应用于大形变驱动和定位的航空航天、精密光学、精密加工等领域。

本发明的目的是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供一种电致伸缩材料的制备方法，包括以下步骤：

1)以PbO、TiO₂、Mg(OH)₂、Nb₂O₅、SrCO₃、La₂O₃、Sc₂O₃、Cr₂O₃、Bi₂O₃为原料，按照以下组成式的化学计量比称量：

Pb_1-αM_α(Mg_1/3Nb_2/3)_βTi_1-βO₃+x mol％Sc₂O₃+y mol％Lm₂O₃，其中：

0≤α≤0.05

0.05≤β≤0.15

0<x<0.5，0<y<0.5，0<x+y≤0.5

式中M为Sr或La，Lm₂O₃为Bi₂O₃或Cr₂O₃。

2)首先将Mg(OH)₂和Nb₂O₅经过800～1000℃下1～2.5小时合成MgNb₂O₆，然后与其他原料按相应配比进行混料球磨，在800～1000℃下1～2.5小时二次合成铌镁酸铅粉料；

3)将步骤2)得到的二次合成铌镁酸铅粉料再次球磨成微米级后，加入0.5wt％聚乙烯醇作为粘结剂造粒成型，然后在1100～1250℃下保温1～2小时进行烧结。

其中在所述步骤1)中优选0.01≤x≤0.02，0<y≤0.48，所使用的原料纯度为化学纯的，或化学纯以上的原料。

根据本发明的另一个方面，提供一种由上述制备方法所获得的电致伸缩材料。

在上述的技术方案中，为了测试所制备的电致伸缩材料的电性能，可以将烧结后的材料磨加工成相应尺寸的元件，再对表面进行抛光，然后采用烧渗银法在上述元件上镀上银电极，烧渗银的温度为700～800℃，保温时间为1～2小时。