[发明专利]一种宽稳定性窄带铌酸钾钠基铁电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种宽稳定性窄带铌酸钾钠基铁电陶瓷材料及其制备方法，该材料其化学式为(1‑x‑y)K_0.5Na_0.5NbO₃‑y(BaNb_0.5Ni_0.5O₃)‑xLiNbO₃,通过传统的陶瓷制备固相反应法，经过烘料，配料、球磨、烘干，预烧、二次球磨、烘干，造粒、成型、烧结、抛光和被银电极，获得该陶瓷材料，制备工艺简单，成本低，无污染，该陶瓷材料具有介电常数高并且在较宽的温度范围内保持稳定，介电损耗小，光谱带隙较窄，制备工艺简单，制备成本低的优点，具有较强的应用。

技术领域

本发明属于窄带隙、高温度稳定性多功能电介质陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种宽稳定性窄带铌酸钾钠基铁电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

信息、能源与材料被誉为21世纪的三大支柱，其中多功能材料的应用更是人们不断追求的目标。铁电材料是一类典型的多功能材料，因其具有优异的物理化学性质而应用于存储器、滤波器、驱动器、探测器、光波导和光学倍频器等重要的新型元器件。这些元器件在军事、汽车电子、通讯设备、家电机电、新一代计算机等领域具有重大的应用前景。正因如此，铁电体的研究已成为近些年高新技术方向关注的焦点之一。

铁电氧化物因其便宜、丰富、性质稳定以及光电性能可由化学掺杂、应力工程等来调控而有望在光伏领域中大放异彩。铁电材料是指在一定温度范围内能够产生自发极化并且其自发极化方向在外加电场下可以发生改变的一类材料，因其具有高介电常数、良好的非线性光学性能以及热释电效应等特点而被广泛应用于电子元器件制备、激光技术以及热成像等领域。而且铁电氧化物的宽带隙(3-4eV)使得太阳光谱的利用率只有8％左右。考虑到太阳光为广谱性谱，能量跨越紫外到远红外区，对应波长范围从200到2500nm，其中，紫外、可见、红外光分别占有8.7％，43％和48.3％，宽带隙的铁电体只能吸收紫外区域的高能光子。研究发现铌酸钾系钙钛矿氧化物材料的光电性质，通过成分连续替换路径，运用基于固相反应的高温密闭烧结法制的一系列具有ABO₃结构的金属氧化物吸光材料KNbO₃-BaNi_1/2Nb_1/2O₃。这类氧化物不仅具有铁电性质，而且可以在可见光波段高效吸收太阳光，还表现出能带和吸光量对组分的高度依赖性以及变化范围在1.1～3.8eV的直接带隙。其性能远胜于传统铁电体且KBNNO的光电流密度要比锆钛酸铅镧材料高出约五十倍，光吸收能力强出三至六倍。近几年，铁电光伏效率显示出了高极化窄带隙光伏材料很好的应用前景。

而压电陶瓷的性能随着时间和环境温度而变化，这将对其实际应用产生影响。因此，有必要提升多功能铁电材料的温度稳定性。不管是早期离子掺杂改性还是最近二元系、三元系的构建，其本质都是将菱形-正交相变点上移至室温或正交-四方相变点下移至室温又或者将两者同时移至室温构建菱形-四方相变。在室温附近两相共存区域KNN基压电陶瓷的电学性能得到极大的提高，然而同时也伴随着温度稳定性的恶化。经研究发现，KNN基压电陶瓷室温附近的相变与PZT基陶瓷中准同型相界是不同的，一般称为多型相变。陶瓷的温度稳定性是实现材料实用化的重要指标。有研究报道，通过掺杂改性将相变温度下降到实际应用温区之外，从而提高材料的温度稳定性。通过宽化相变温区达到改善温度稳定性的目的。

因此，如何通过掺杂改性将相变温度下降到实际应用温区之外，从而提高材料的温度稳定性，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种宽稳定性窄带铌酸钾钠基铁电陶瓷材料及其制备方法，所述铁电陶瓷材料的化学通式为：

(1-x-y)K_0.5Na_0.5NbO₃-y(BaNb_0.5Ni_0.5O₃)-xLiNbO₃