毕业论文课题相关文献综述

1.选题依据和背景情况、工程应用价值及课题研究目的

1.1选题依据和背景情况：

反铁电体在足够电场作用下转变为铁电体，这便是一个储能的过程; 当电场强度逐步减小到零，铁电相变为反铁电相，这就是一个释能过程^[1]。由于相变储能材料具有储能密度高、储能放能近似等温、过程易控制等特点，能够解决能量供求在时间和空间上分配不平衡的矛盾，是提高能源利用率的有效手段，也是储存可再生能源的有效方式之一。它在航空航天、太阳能利用、工业余热回收、采暖空调及家用电器领域有着广泛应用。同时，通过控制电场的大小，电场诱导相变还提供了可开关、可调的介电、压电和热释电性能，并具有可逆的增强效应。所以反铁电材料也是智能传感和致动系统中的关键材料^[2]。

现在所用的压电和铁电陶瓷材料绝大多数是铅基陶瓷。铅基陶瓷在生产（氧化铅是一种易挥发的有毒物质，在高温烧结时会产生严重的挥发，造成对环境的铅污染，给人类健康带来很大危害。在制备过程中需要密封烧结，不仅增大了产品成本，也造成了产品的性能一致性差^[3]）、使用及废弃后处理过程中都会给人类和生态环境造成严重损害，铅污染已成为了人类公害之一。因此，研究和开发高性能的无铅压电陶瓷具有重要的社会和经济意义。

BaTiO₃基无铅压电陶瓷、Bi_0.5Na_0.5TiO₃基无铅压电陶瓷、Bi层状结构无铅压电陶瓷以及铌酸盐系无铅压电陶瓷是受到广泛关注的四类无铅压电陶瓷^[4]。其中，尤以Bi_0.5Na_0.5TiO₃基无铅压电陶瓷研究最为广泛和深入。自20世纪90年代以来国内外学者通过在对Bi_0.5Na_0.5TiO₃中加入 BaTiO₃、Bi_0.5K_0.5TiO₃、NaNbO₃等第二组元形成了一系列新的Bi_0.5Na_0.5TiO₃基二元系陶瓷，这些陶瓷体系的压电性能较单纯的 Bi_0.5Na_0.5TiO₃而言均有一定的提高。

1.2工程应用价值:

随着全球环境问题的凸显，绿色环境友好材料将成为未来发展的主流需求。随着欧盟、美国等国家禁止含Pb产品，PZT基材料虽然性能优越，但其高Pb含量限制了其市场应用，人们也开始寻找能够替代PZT 基且性能相当的无铅压电材料。Saito于2004年首次在《Nature》上报道了( K，Na) NbO3(KNN) 基陶瓷在准同晶相界处具有同PZT相当的性能，从而为无铅压电材料的设计提供了新的研究方向，由此拉开了寻找高机电换能性能的无铅压电材料研究热潮。但是开发无铅反铁电－铁电相变材料的研究却是一个较新的方向。基于掺杂以扰乱铁电体的长程有序的设计思路，Zhao等人在0.94( Bi_{0. 5}Na_{0. 5})TiO₃-0.06BaTiO₃( BNT-BT)体系菱方和四方相的准同晶相界处，加入少量KNN，开发出一类无铅反铁电体。这种组分的材料易发生反铁电－铁电相变产生巨大的场致应变用于驱动器。Gao等人于最近首次报道了0.89Bi_{0. 5}Na_{0. 5}TiO₃-0.06BaTiO3-0. 05K_{0. 5}Na_{0. 5}NbO₃( 0.89BNT-0.06BT-0. 05KNN)无铅陶瓷体系的储能性能。研究结果表明: 该体系在温度较宽的范围( 20～90℃) 存在弥散的铁电－反铁电相变; 在稳定的AFE 相内，材料的储能密度维持在0.59 J/cm³@ 5.6 kV/mm 且储能密度的大小与温度和频率的依赖关系不大; 与含铅体系的性能相当，体系将有望成为Pb基反铁电储能材料的替代。

1.3课题研究目的 ：

掌握 BNT-BT-KNN无铅反铁电材料制备工艺，并分析讨论改变工艺制备对合成 BNT-BT-KNN无铅反铁电材料的物相，形貌以及晶粒尺寸的影响，并测试其反铁电储能性能。研究反铁电陶瓷微观结构与电性能的关系。

2.课题研究的内容及方法