第31卷第4期 2012年4月
特药专栏
中国材料进展 MATERIALSCHINA
Vol.31No.4 Apr.2012
高性能无铅压电材料Ba(Tio.8Zro.2）O3-%（Bao.7Cao.3）TiO3单晶和薄膜的制备
王增梅，赵宽，郭新立
（东南大学材料科学与工程学院，江苏南京211189）
摘要：具有三相点准同型相界附近成分的Ba(Tia.sZre.2）O-,（Baa7Caas)TiO，无铅压电材料，具有优异的铁电、压电性能，作为一种具有潜在应用前景的无铅压电材料得到广泛关注。利用溶胶凝胶法制备了该成分的薄膜以及尝试了利用浮区单晶炉的单晶生长工艺。利用XRD对薄膜和生长的品体样品进行了物相鉴定；用AFM表征了薄膜的表面形貌；用TFAnalyz
er2000HS铁电测试系统测试了其电滞回线；还分析了气氧对品体生长和紫外-可见透过光谱的影响。关键词：准同型相界：三相点；Ba(Tig.Zro.z)O,-,（Bao.Caaa)TiO,无铅压电材料；单晶；薄膜
中图分类号：TM282
文献标识码：A
文章编号：16743962(2012)04003405
Study on Pb-Free High-Performance Piezoelectric Material Ba(Tio. 8 Zro.2 )O3 -x (Bao.7 Cao.3 ) TiO, Single Crystal
and Thin Films
WANG Zengmei, ZHAO Kuan, GUO Xinli
(School of Material Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, China)
Abstract: Pb-free Ba( Ti.gZrg.2)O,-,(Bag,Cao.s)TiO, with Morphotropic Phase Boundary, MPB composition has ex cellent piezo-and ferroelectric properties, therefore it has received extensive attention as its potential application. In this paper, the film with MPB composition was fabricated by sol-gel method and single crystal was also tried by floating-zone method. The phase was confirmed by XRD, and surface morphology was characterized by AFM. The electric hysteresis loop was measured by TFAnalyzer2000HS. Finally, we analyzed the influence of growth atmosphere on the crystal quality and ultraviolet-visible transmittance spectrum.
Key WOrds : morphotropic phase boundary; triple point; Pb-free Ba ( Tig., Zra.2 ) O, -, (Bag. Caa.s ) TiO, piezoelectric material; single crystal; thin film
1前言
压电材料是一种用于机械能和电能相互转换的功能材料，在手机、电视、电脑、汽车、打火机、煤气灶、医用核磁共振诊断等领域被广泛应用。近半个世纪来，压电材料研究主要集中在以Pb(Zr,Ti,-,)O,(PZT)为代表的铅基压电陶瓷和单晶以及其它几个无铅体系压电材料。
收稿日期：20120120
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51002029）；科技部973
计划项目（2012CB619401）；教育部博士点基金（20100092120039）：东南大学人才引进基金（4012001020， 4012001013)
作者简介：王增梅，女，1975年生，教投，博士生导师通信作者：郭新立，男，1965年生，教授，博士生导师
铅基压电陶瓷具有高的居里温度，高的压电活性，易于烧结，性能稳定且容易通过改变组分或掺杂进行调控等优点，所以在压电材料领域一直处于主导地位，在机电换能领域获得广泛应用。但是传统PZT 基多元系含铅材料[1-2}的主要成分Pb,0，是一种易挥发的有毒物质，在生产使用和废弃物处理中都会给人类的生态环境带来严重损害。因此研究和开发环境协调性的高性能无铅压电材料，特别是能跟高性能PZT（d，=500~600pC·N-"）相媲美的无铅压电材料，是压电材料领域发展的必然要求。然而在各种无铅压电材料的研究中长期存在的一个间题就是其压电性能与铅基压电材料相比要差很多，例如(K，Na)NbO，基压电陶瓷压电常数d,约为250pC·N=，（Bi，Na)TiO,基d,约为 200 pC·N-，BaTi0,基dg约为150 pC·N-1[3-5]，而且