[发明专利]一种BNT基无铅热释电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种BNT基无铅热释电陶瓷材料及其制备方法，所述BNT基无铅热释电陶瓷材料的化学组成为：(1‑x)(0.98Bi_0.5Na_0.5Ti_1‑yMn_yO₃‑0.02BiAlO₃)‑xNaNbO₃，其中，0≤x≤0.04，0≤y≤0.01。

技术领域

本发明涉及一种BNT基无铅热释电陶瓷材料及其制备方法，属于功能材料领域。

背景技术

热释电材料因具有随着温度变化可产生电荷的效应，被广泛应用于红外探测技术、热传感器、能量回收等领域。其中，热释电材料作为红外探测器的核心元件，其工作模式主要有两种：本征模式和介电模式。本征热释电模式是指利用自发极化随温度的变化产生电荷，工作温度远离相变点，因此材料需兼具优异热释电性能及高的相变温度；介电模式主要利用的是介电常数随电场的变化而产生的感应热释电效应，工作时需要加载偏压。因此，本征型热释电材料因温度稳定性好、无需温度稳定装置、无需加载偏压等优点，在实用的单元、多元红外探测器中获得了广泛应用。目前，应用的本征热释电材料主要是Pb(Zr,Ti)O₃、(PZT)、Pb(Sc,Ta)O₃、Pb(Mg,Nb)O₃-Pb(Zr,Ti)O₃等含铅体系，这对于环境保护和人类可持续发展是不利的，无铅化是热释电材料研究和应用的必然趋势。

近些年来，许多无铅材料体系的热释电性能及其潜在应用得到了研究人员的关注，包括SrBaNb₂O₆、K_0.5Na_0.5NbO₃、BaTiO₃、Bi_0.5Na_0.5TiO₃(BNT)等体系。大部分工作主要集中在提高体系的热释电性能，掺杂改性是优化材料的热释电性能最常用的手段。在具有乌青铜结构的SrBaNb₂O₆中掺入钙元素可将热释电系数从0.71×10^-8Ccm^-2K^-1提高至1.30×10^-8Ccm^-2K^-1(Journal of Alloys and Compounds,695,2723(2017))。0.97K_0.5Na_0.5NbO₃-0.03(Bi_0.5K_0.5)TiO₃陶瓷通过锰掺杂，热释电性能得到显著提高(Journal of Alloys andCompounds,506,323(2010))。另外，相界调控也是获得高的热释电值的有效途径，Srikanthet al.发现将(Ba_0.9Ca_0.1)TiO_3-xBa(Sn_0.2Ti_0.8)O₃体系的正方-四方相界提高至室温，可以获得较高的热释电系数(p＝2.05×10^-8Ccm^-2K^-1)(Scripta Materialia,146,146(2018))。Guoet al.在Bi_0.5Na_0.5TiO₃-0.7Ba(Zr_0.055Ti_0.945)O₃体系的准同型相界处获得了高的热释电系数～5.7×10^-8Ccm^-2K^-1，但降低了材料的退极化温度T_d(～85℃)，温度稳定性差(AppliedPhysics Letters,103,182906(2013))。尽管无铅材料在热释电方面获得了很大的进展，但性能仍然无法与含铅PZT材料媲美。因此需要进一步优化其性能，获得兼具优异热释电性能及温度稳定性好的无铅热释电材料。