【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】鐵電陶瓷具有儲(chǔ)能密度高、放電速度快、貯存性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，在近代科學(xué)和高新技術(shù)領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用。傳統(tǒng)鐵電材料中鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鋯鈦酸鉛(簡(jiǎn)稱PZT)系列是應(yīng)用面廣的鐵電材料，也是目前上公認(rèn)的、實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)和爆電換能的理想材料。但是，隨著新技術(shù)對(duì)高性能鐵電材料需求的增加和環(huán)境友好型社會(huì)的發(fā)展，探索新型無(wú)鉛鐵電材料體系變得越來越迫切。
 

　　近日，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員董顯林和王根水帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新型、高性能、無(wú)鉛鐵電材料(Ag0.935K0.065)NbO3(AKN)，該材料比目前所用的含鉛鐵電陶瓷具有更高的能量存儲(chǔ)密度和更好的溫度穩(wěn)定性，可用于能量存儲(chǔ)和爆電換能。該項(xiàng)工作提供了一種環(huán)境友好的鐵電陶瓷材料，相關(guān)研究成果發(fā)表在Science Advances上，論文第一作者為中科院上海硅酸鹽所與澳大利亞國(guó)立大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生劉振，王根水和劉蕓為文章共同通訊作者，上海硅酸鹽所為論文第一單位。
 

　　鐵電陶瓷，主晶相為鐵電體的陶瓷材料。常見的鐵電陶瓷多屬鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，如鈦酸鋇陶瓷及其固溶體，也有鎢青銅型、含鉍層狀化合物和燒綠石型等結(jié)構(gòu)。鐵電陶瓷配方的確定原則：先移后展，有所側(cè)重；單獨(dú)考慮，綜合調(diào)整。
 

　　新材料的設(shè)計(jì)采用AgNbO3(AN)作為反鐵電相，KNbO3(KN)作為鐵電相構(gòu)筑鐵電——反鐵電相界，通過改變鐵電相KN的含量實(shí)現(xiàn)AKN鐵電陶瓷性能和相變壓力的調(diào)控。與傳統(tǒng)PZT系列鐵電陶瓷相比，AKN鐵電陶瓷具有更優(yōu)異的儲(chǔ)能密度和溫度穩(wěn)定性，使其在能量存儲(chǔ)和爆電換能應(yīng)用中具有更優(yōu)異的綜合性能。通過與澳大利亞國(guó)立大學(xué)教授劉蕓團(tuán)隊(duì)和美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)教授陳龍慶團(tuán)隊(duì)合作，結(jié)合透射電鏡分析、壓力條件下原位中子衍射分析和唯象理論計(jì)算，揭示了AKN鐵電陶瓷爆電換能行為的物理機(jī)制為壓力誘導(dǎo)的氧八面體旋轉(zhuǎn)從a-a-c+型轉(zhuǎn)變?yōu)閍-a-c-/a-a-c+型，這與壓力誘導(dǎo)的、不可逆的鐵電-反鐵電相變有關(guān)。
 

　　某些電介質(zhì)可自發(fā)極化，在外電場(chǎng)作用下自發(fā)極化能重新取向的現(xiàn)象稱鐵電效應(yīng)。具有這種性能的陶瓷稱鐵電陶瓷。鐵電陶瓷具有電滯回線和居里溫度。在居里溫度點(diǎn)，晶體由鐵電相轉(zhuǎn)變?yōu)榉氰F電相，其電學(xué)、光學(xué)、彈性和熱學(xué)等性質(zhì)均出現(xiàn)反?，F(xiàn)象，如介電常數(shù)出現(xiàn)極大值。1941年美國(guó)首先制成介電常數(shù)高達(dá)1100的鈦酸鋇鐵電陶瓷。
 

　　資料來源：百科、上海硅酸鹽研究所