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      成都大學人員在高溫壓電陶瓷的研究方面取得新進展
      點擊次數:122 發布時間:2022-06-16 打印本頁面 返回

      成都大學科研人員在Aurivillius相超高溫壓電陶瓷的研究方面取得新進展

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      隨著現代科學技術的快速發展,高溫環境下的位移驅動、超聲波檢測、振動測量和能量采集的應用越來越廣泛。例如汽車內燃機燃油電噴系統使用的多層壓電驅動器、深地石油開采測井用的壓電超聲換能器,核反應堆一回路管道中使用的壓電超聲波定位探測器等,都必須選用至少可耐受260 ℃高溫的壓電材料,這樣才能保證壓電器件可在較寬溫度范圍內正常工作。尤其是在航空航天領域,大型航空發動機和航天推進器關鍵部位的狀態監測與故障診斷系統的核心部件即是能耐受482 ℃甚至是649 ℃高溫的壓電加速度傳感器。

      壓電材料是壓電器件的核心。其中Aurivilius相化合物是高溫壓電材料的。這一類化合物的晶體由類螢石結構的鉍氧層([Bi2O2]2+)和類鈣鈦礦結構的([Am-1BmO3m+1]2-)層沿c軸方向有規律地相互交替排列而成,類鈣鈦礦結構中A位的Bi原子相對于氧八面體鏈沿a軸的偏離使得晶胞形成自發極化。因此,它們也被稱作鉍層狀結構鐵電體(BLSFs)。高靈敏度、高工作溫度、高穩定性壓電器件需要壓電材料具有高壓電系數(d33)、高居里溫度(TC)、高電阻率(ρ)以及良好的熱穩定性(抗熱退極化、介電常數的溫度系數等)。對BLSFs的摻雜改性往往又很難兼顧其TC的穩定和d33的提升,特別是通常的施主摻雜提升材料的電阻率后,又很難保持其良好的熱穩定性。

      鈮酸鈦鉍(Bi3TiNbO9,簡稱BTN)由一層鉍氧層([Bi2O2]2+)和兩層類鈣鈦礦層([BiTiNbO7]2-)沿c軸交錯間隔構成,因為其具有很高的居里溫度(TC=914 ℃),有望應用于工作溫度高于482 ℃的超高溫壓電器件之中。但純BTN陶瓷表現出極低的壓電性能(d33~3 pC/N)和很低的高溫電阻率(600 ℃下,往往只有103 Ω·cm數量級),熱穩定性也很不理想。這些缺點大大地限制了其在高溫環境下的實際應用。


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