（LiCePr）掺杂的CaBi2Nb2O9高温陶瓷的压电性能增强

### （LiCePr）掺杂的CaBi2Nb2O9高温陶瓷的压电性能增强 #### 摘要 本文研究了通过采用传统的氧化物混合路线制备的Aurivillius型（LiCePr）多掺杂CaBi2Nb2O9陶瓷的结构与介电性能的影响。研究发现，通过引入（LiCePr）掺杂物可以显著提高材料的压电性能。具体而言，Ca0.9(Li0.5-Ce0.25Pr0.25)0.1Bi2Nb2O9（简称CBN-LCP10）陶瓷展现出最优性能，其d33、kp和TC值分别约为17.3 pC/N、7.8%和939°C。此外，本研究还详细探讨了该陶瓷在高温下的热去极化行为及机电性能，证明CBN-LCP10陶瓷具有在宽温度范围内稳定的压电性能，这使其成为高温应用领域的有潜力候选材料。 #### 关键词解读 - **层状结构**：指材料内部原子或分子按特定规律分层排列的结构形式。 - **压电陶瓷**：一类能在机械应力作用下产生电荷，或者在外加电场作用下产生机械形变的功能陶瓷材料。 - **介电性**：物质对电场响应的特性，包括介电常数、介电损耗等。 - **退火**：一种热处理工艺，用于改善材料的微观结构和物理性能。 - **CaBi2Nb2O9 (CBN)**：一种具有Aurivillius结构的无铅压电陶瓷材料。 #### 研究背景 近年来，环保型钙钛矿结构压电陶瓷受到了广泛的研究关注[1,2]。然而，较低的居里温度限制了这些材料在某些恶劣环境中的应用。Aurivillius型压电陶瓷由于其较高的居里温度而被认为是一种很有前景的替代材料。CaBi2Nb2O9是一种典型的Aurivillius型材料，具有良好的化学稳定性和较高的居里温度，但是其固有的低压电活性限制了实际应用范围。 #### 材料制备方法 本研究采用传统的氧化物混合路线制备了（LiCePr）多掺杂的CaBi2Nb2O9陶瓷。该方法主要包括原料的选择、混合、烧结等步骤。通过精确控制掺杂元素的比例，可以有效调节材料的结构与性能。 #### 结构与性能分析 - **结构表征**：通过X射线衍射(XRD)等技术手段对样品进行结构表征，分析掺杂元素对晶体结构的影响。 - **介电性能测试**：采用电容桥等设备测量样品的介电常数和介电损耗，以评估材料的介电性能。 - **压电性能测试**：利用标准的压电系数测试装置测定样品的d33、kp等参数，评估材料的压电性能。 #### 结果与讨论 研究表明，在CaBi2Nb2O9基体中引入（LiCePr）掺杂可以显著提高其压电性能。特别是Ca0.9(Li0.5-Ce0.25Pr0.25)0.1Bi2Nb2O9（CBN-LCP10）陶瓷表现出了最优性能，d33达到约17.3 pC/N，kp为7.8%，TC约为939°C。此外，CBN-LCP10陶瓷在高温下的稳定压电性能使其在诸如传感器、执行器等高温应用领域具有巨大的潜力。 #### 结论 本研究通过（LiCePr）多掺杂提高了CaBi2Nb2O9陶瓷的压电性能，特别是Ca0.9(Li0.5-Ce0.25Pr0.25)0.1Bi2Nb2O9陶瓷展现出了优异的综合性能。这种新型材料不仅具有稳定的压电性能，还具有较高的居里温度，适用于高温环境下的各种应用。未来的研究将进一步探索不同掺杂比例对材料性能的影响，以及优化材料的制备工艺，以期获得更优异的性能。 ### 参考文献 1. [相关参考文献] 2. [相关参考文献] ### 扩展阅读 - Aurivillius型结构的特点及其在压电材料中的应用。 - 高温环境下压电材料的应用案例。 - 压电材料的制备工艺及其对性能的影响。 通过上述内容的详细阐述，我们不仅了解了（LiCePr）掺杂的CaBi2Nb2O9陶瓷的制备方法、结构与性能特点，还深入探讨了其在高温环境下的潜在应用价值，为进一步研究提供了有价值的信息和启示。