高温压电材料概况及发展趋势中国设施园艺概况及发展趋势
V ol。13，5号
铜仁大学学报2011
高温压电材料的概况及发展趋势
卫诗、冉耀宗、左江洪、王强、陶陶、欧永康
(贵州铜仁同仁学院物理与电子科学系554300)
文摘:介绍了高温压电材料的研究现状。综述了钙钛矿、钨青铜、铋层状和碱金属铌酸盐四种不同压电陶瓷的结构和研究现状。指出了高居里点压电陶瓷的研究方向和发展趋势。
关键词:压电陶瓷；居里温度；铁电陶瓷
中国图书馆分类号:TQ174文献识别码:A文号:1673-9639(2011)05-0140-03。
1.介绍
压电陶瓷广泛应用于航空、能源、汽车制造、通讯、家电、检测和计算机等领域，是滤波器、换能器、传感器、压电变压器等电子元器件的重要组成部分。[1][2]3[3]由于压电材料在高于材料居里温度(T c)的环境中会发生去极化，导致压电性能衰减甚至消失。因此，为了保证器件的正常使用，压电器件的应用环境一般在压电材料居里温度(T c)的一半以下。[4]
民用电子产品的使用温度通常在75℃以下，部分军用电子产品的使用温度在125℃左右。然而，随着科学技术的飞速发展，特别是地质勘探、航空航天和汽车技术的发展，要求压电器件不断挑战高温工作环境的极限，而解决这一问题的关键是制备居里温度更高的材料。主要高温工作环境存在于地质勘探、航空航天、核工业和汽车工业。这些工作环境的温度大多在200℃以上，甚至高达900℃。石油开采和地质勘探对高温材料的需求最为广泛，是推动高温压电陶瓷研究的主要动力之一。比如在钻井过程中，当探头传感系统采集温度、压力、流量、密度、化学成分等数据时，探头附近的温度可以达到200℃，随着钻井深度的增加，温度还会升高。
收到日期:20115-03
它会上升。航天领域对高温器件的要求更加严格，比如月球表面最高温度可达330℃，金星表面可达460℃，要求离开地球进入太空的器件在高温条件下稳定工作65438+万小时以上。随着汽车工业的发展，自动化、信息化、智能化程度越来越高，这得益于上百种传感装置的使用，包括监测发动机转速和角度、制动和燃油系统的高温传感装置。[6][7][8]此外，核工业和火焰监测系统对高温装置的需求也很大。
2.高温压电材料的几种分类。
目前高T c压电材料主要有钙钛矿结构体系、钨青铜结构体系、铋层状结构体系和碱金属铌酸盐体系。表1比较了这四个系统中典型材料的相关重要电气性能数据。
基金项目:铜仁学院博士启动基金2010(编号:DS1001)资助。
作者简介:卫诗(1975-)，男，苗族，博士，铜仁学院物理与电子科学系讲师。
5期世伟:高温压电材料概述及发展趋势141
2.1.钙钛矿结构
具有钙钛矿结构的锆钛酸铅PZT陶瓷具有优异的电学性能，如压电、介电和光电性能。它们由Jaffe等人[9]于1954首次试制成功，广泛应用于电子信息领域。2.3.铋层状。
自从1949年Aurivillius发现铋层状化合物以来，其奇特的晶体结构和高的T _ C引起了人们的广泛关注。研究较多的铋层状压电陶瓷用于制备传感器、换能器和存储器等电子元件。因此，PZT和PZT二元和三元陶瓷体系成为商业化程度最高的最成熟的压电材料。但是PZT陶瓷的居里温度并不高(T c
图1钙钛矿结构示意图
它的化学通式是ABO 3，钙钛矿结构可以用一个简单的立方体来描述。a位离子位于六面体的八个顶角，氧离子位于六面体的六个面心，B离子位于六面体的中心。整个晶体就是由这样的单元重复排列而成的。另一种压电陶瓷PbTiO _ 3具有高居里温度(T c ~490℃)的钙钛矿结构，具有低介电常数、高压电活性和大的压电各向异性。三次谐波的温度系数是现有陶瓷材料中最小的，压电常数D _ 33仅为60 ~ 70 PC/n，限制了其应用范围，仅用于高温超声换能器。[15][16]
2.2.钨青铜系统
钨青铜系的化学通式为A 6B 10O 30，偏铌酸铅(PbNb2O3)是最早发现的钨青铜铁电体。
[17]
Pbnb _ 2o _ 6具有较高的T _ c (570℃)和较大的压电效应各向异性(d 33/d 31 = 10，k T >；K p)，一个很低的机械品质因数(Q m =10左右)，可用于高温超声换能器。而偏铌酸铅的铁电相需要在高温(1230℃)下形成，但在室温下是亚稳态的。为了改善偏铌酸铅的烧结和压电性能，需要对其进行掺杂和改性，如使用一价金属离子M+
或二价金属离子M 2+
更换铅。[18]
在发现偏铌酸铅压电陶瓷后，又发现了复合钨。
青铜结构化合物，如
铅4Na 2Nb 10O 30
和
Ba 4-2x Ag 2+x La x Nb 10O 30也具有高的玻璃化转变温度。
cabi 4 ti 4 o 15[19](TC = 790℃)、Bi 3TiNbO 9[20](T c =940℃)和(nb 0.5 Bi 0.5)Bi 4 ti 4 o 15(TC = 600℃)等。一般来说，它们具有较低的介电常数、烧结温度和老化速率、优异的绝缘电阻和耐压特性、非常高的T c和明显的机电耦合系数各向异性，这使它们适合用作高温和高频场合的压电材料。但由于铋层状结构的低对称性及其板状晶体特性，体系的E c很大，极化非常困难，通常需要在高温下进行。另一方面，由于其自发极化受到二维的限制，其压电活性很低，d 33一般小于20 PC/N. 2.4。碱金属铌酸盐
碱金属铌酸盐，化学式为ANbO 3，其中最具代表性。
铌酸锂(LiNbO 3)[2]3同时也是应用最广泛的。铌酸锂是一种铁电晶体，具有最高的T c (1210℃)，最大的自发极化(室温下约0.7C/m2)。它是一种扭曲的钙钛矿结构化合物(LiNbO 3晶体结构)。然而，铌酸锂晶体成本高，铌酸锂陶瓷的制备难度大。由于LiNbO _ 3的压电活性低，而且LiNbO _ 3单晶的d33只有6pC/N，不能满足压电器件的要求，严重限制了其在压电领域的应用。因此，人们通过用其他碱金属离子代替锂离子来提高其压电活性，研究了一系列多元碱金属铌酸盐体系化合物。比如0.2Sr 2TaO 7-0.8Sr 2Nb 2O 7(SNST)单晶，居里温度(T c ~1125℃)与LiNbO 3相近，测试结。
结果表明，该晶体在1000℃仍具有压电性能，压电常数为d 33 ~ 3 PC/n. [21]在美国宾夕法尼亚州立大学2007年发表的《高温压电材料专利》[22]中，YCaO(BO3) 3(YCOB)和GdCa 4O(BO3) 3(GDCOB)两种压电单晶在熔点前具有压电性能，并保持较高的电阻率，因此是目前可获得的温度最高的压电体
讨论
从前面的综述中发现，压电陶瓷的两个关键指标——居里温度(T c)和压电常数(d 33)近似服从一个简单的反比关系，即高T c压电陶瓷的压电活性。
142铜仁大学学报2011年
性不强例如:居里温度T c & gt在500℃时，其压电常数为d 33
图2典型压电陶瓷的居里温度与。
压电常数的相关性
4.结论
制备居里温度高、压电性能好的压电材料是未来的发展趋势。通过改进制备工艺和技术，整合压电活性更好的钙钛矿结构和居里温度更高的铋层状结构的优点，实现新材料制备的突破，是有待解决的问题。
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高温压电陶瓷的发展
魏、冉耀宗、左江红、、、欧永康
(铜仁大学物理与电子科学系；中国贵州铜仁554300)
文摘:综述了高居里温度压电材料，包括钨酸盐、铋层状结构、钙钛矿型压电陶瓷和刚玉结构陶瓷。综述了四种不同结构类型的高居里压电陶瓷的研究进展。此外，还讨论了压电陶瓷的研究方向和发展趋势。
关键词:压电陶瓷；高居里温度；铁电特性
(编辑李宗保)
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王娟
(江苏科技大学体育学院；镇江江苏，212003)
摘要:随着休闲与体育研究的迅速发展，人们开始关注一些基本的理论问题，如休闲、体育的关系以及休闲体育的概念等。从休闲的概念出发，休闲成为历史的必然，通过分析体育价值观的变化，进而得出休闲体育繁荣的历史基础。
关键词:休闲；体育；休闲运动
(编辑卢娜娜)