毕业论文课题相关文献综述

1课题研究背景和意义

具有压电性能的锆钛酸铅Pb(Zr,Ti)O₃(PZT)基陶瓷材料是制作传感器、制动器、蜂鸣器、换能器等压电器件的主要材料。然而由于PZT 陶瓷中铅的质量百分含量约为 70 %，高温下铅极易挥发，对环境和人体造成极大危害。2001 年欧洲颁布的危害物质的限制指令即 RoHS 指令，明确限制使用含铅的压电器件。因此，开发环境友好的无铅压电陶瓷显得非常迫切^［1］。

已开发的无铅压电陶瓷主要有钛酸钡BaTiO₃(BT)基陶瓷。但是BT 陶瓷的居里温度较低（Tc≤120 ℃）且在5 ℃存在多相转变，导致其应用范围较窄。而KN陶瓷具有较高的居里温度（Tc400 ℃）和机电耦合系数（kp～36 %），被认为是PZT 陶瓷的最佳替代者^［1］。然而由于受制于传统的合成工艺，限制了铌酸钾的应用。因而，新的合成途径、工艺的探索对于铌酸钾走向实际应用具有重要意义。

2铌酸钾的性质

铌酸钾(KNbO₃)晶体是20世纪60年代末发现的一种铁电性很强的钙钛矿型晶体。它不仅具有高温铁电现象，良好的压电特性，光电特性，极好的光折射特性及温和的介电常数，低温热释电性。而且铌酸钾材料的(n3r/e)值是13 pmV^-1，具有优良的非线性光学系数 (d₃₁ =15 pmV^-1，d₃₃ = 15 pmV^-1）^［2］。所以，铌酸钾(KNbO₃)晶体在集成光学和超声波应用中是比较常用到的材料。

铌酸钾作为一种多固态相变的钙钛矿铁电体，具有与钛酸钡相似的结构且居里温度 (T_c)约为435 ℃。从一个较高的温度降低到室温，KNbO₃经历了一系列的相变：在438 ℃左右的时候经历了从立方体到四方结构的相变。当温度接近234 ℃时，发生了第二次相变 (从四方结构到正交结构的转变)；在温度降低至零下10 ℃时，晶体结构发生第三次相变(由正交结构转变为三角结构) ^［3］。立方结构的KN纳米线已经用水热法成功地合成了。它的生长过程和形态变化取决于工艺条件，也被深入研究。近来，四方结构和具有相界结构的（MPB）KN晶体的合成已经被报道出来。但是，由工艺条件引起的这些铌酸钾的晶体结构的变化还未得到彻底的研究。因此，在这次研究中，将对在不同条件下合成的KN晶体的结构变化进行有系统地研究^［4］。

3铌酸钾制备的工艺方法

铌酸盐的制备方法很多，常见的有固相反应法、水热法、溶剂凝胶法等。固相法工艺简单，但反应温度高，产品粒径大，常有杂相；溶胶凝胶法制备的产品粒径小，分布均匀，纯度高，但是原料价格昂贵；水热法制备的产品结晶度高，团聚少，近年来在铌酸盐的制备中应用逐渐增多^［5-6］。

3.1溶胶-凝胶法

采用了铌的醇盐作为铌源的溶胶-凝胶法，能够制备复杂的氧化物粉末和薄膜。此法虽然能够制备KNbO₃晶体，但焙烧温度却必须高于600 ℃来分解醇盐和消耗残余碳。由于醇盐的残余，合成的陶瓷粉末包含了一定量的次生物相(K₄Nb₆O₁₇)，从而影响了粉体 的结晶度和形态。Tanaka等通过复杂的回流过程和900 ℃下的烧结，用乙氧基钾以及铌盐成功制备单相的微米尺寸的KNbO₃ 粉末。虽然他们成功消除了第二相的存在，但却不能很好地控制颗粒的尺寸和形态^［7-8］。