[发明专利]一种高电致应变无铅陶瓷纤维及其制备方法

说明书

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种高电致应变无铅陶瓷纤维及其制备方法。所述制备方法为：采用水热合成法制备铁酸铋前驱体；取钡源、钙源、钛源、锆源化合物及铁酸铋前驱体，球磨后烘干、预烧结、二次球磨制成(1‑x)BZT‑xBCT‑yBF陶瓷粉体；将陶瓷粉体加入到聚乙烯醇溶液中，经造、烧结后，制得陶瓷块体；采用机械切割法将陶瓷块体切割成陶瓷纤维。本发明制备所得(1‑x)BZT‑xBCT‑yBF陶瓷纤具有维致密度高、压电性能高、电致应变大、介损低、灵敏度高等优点，能极大拓展压电纤维在能量采集、结构驱动、水声换能、超声以及无损探测等领域的应用。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种高电致应变无铅陶瓷纤维及其制备方法。

背景技术

压电纤维是1-3结构压电复合材料和压电纤维复合材料(Macro-fiberComposite，MFC)中的功能相，是复合材料压电性能的主要来源。压电陶瓷纤维具有轴向维度小尺寸，使其较普通块体材料具有了更好的柔韧性，同时其大长径比特点则可增大特定方向的应变和应力。压电纤维复合材料的研究目前备受关注，而压电纤维作为其功能相增强了材料的各向异性，使材料表现出优良的纵向驱动性能。在实际应用中，压电陶瓷纤维材料已被用来制作大尺寸的传感器和驱动器等智能结构，例如可以将压电陶瓷纤维与聚合物制成复合材料，应用于航空、航天系统，巧妙地利用其逆压电效应，通过电驱动复合材料，抑制系统因工作而产生的振动，改善系统的稳定性和可靠性。因此开发不同体系的压电陶瓷纤维，是目前各高性能压电陶瓷体系功能和应用领域拓展的趋势，也是传感器、驱动器、微纳机电系统等下游产业发展的迫切需求。

目前，应用最为广泛的压电材料是PZT、PMNT(Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃)和PZNT(Pb(Z n_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃)等铅系复合钙钛矿型弛豫铁电体。但是此类体系材料铅的含量超过60％，在生产、使用和废弃等过程中会给人类健康和生态环境带来严重的危害。随着社会可持续发展观念的深入和人们对自然生存环境的关注，各国都把实现社会可持续发展提高到关系国家命运的战略地位。在这样形势下，压电陶瓷无铅化已经成为全球压电铁电材料领域备受关注的一个方向和必然的发展趋势。

而(1-x)BZT-xBCT是目前研究广泛，压电性能最好的一种无铅体系。在最佳组分时，最高压电常数可达620pC/N。(1-x)BZT-xBCT具有高压电性能的原因类似于铅基压电材料，通过调节组分构成，可以在三方相、四方相共存的准同型相界附近获得高压电性。