题目：钛酸铋钠无铅压电陶瓷材料镧掺杂的制备及其性能研究

由于压电陶瓷材料是一种实现机械能和电能相互转化的一类高科技功能材料，它已被广泛应用于压电滤波器、微位移器、驱动器和传感器等，在卫星广播、航空航天等高新技术领域有着重要的地位。但传统的陶瓷含有大量的铅，使得在生产与应用过程中会引发许多问题，为此世界许多国家陆续出台了限制、禁止使用铅基压电材料的相关规定，无铅压电陶瓷材料得以重视与发展，开发环境友好型的无铅压电陶瓷，已成为一项紧迫且具有重大现实意义的课题。 
    其中，钛酸铋钠无铅压电陶由于居里温度为320℃，在室温下具有良好的温度稳定性，优异的压电铁电性能，很大的各向异性等优点，被认为是最有应用前景的无铅压电陶瓷之一。但BNT晶体的矫顽场Ec很高（7.3kv/mm)，使得陶瓷材料很难充分极化，并且纯BNT陶瓷烧成温度范围狭窄，难以获得致密陶瓷样品。为此，国内外学者主要通过加入其他组元及掺杂的形式对BNT基无铅压电陶瓷作了大量研究，试图改变BNT陶瓷的不足。
本文从压电陶瓷制备技术、引入第二组元以及掺杂三个方面对Bi0.5Na0.5TiO3无铅压电陶瓷结构与压电性能的影响做了一定的探讨。
目前，对于BNT基无铅压电陶瓷的研究重点主要集中在传统工艺下的各种取代及掺杂改性上，选取目前最受关注的(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xBi0.5K0.5TiO3体系中公认的性能最好的0.8BNT-0.2BKT的组分， 其室温下处于三方一四方准同相界(MPB)附近，其压电常数(d33)高达 122pC/N，机电耦合因数Kp=28.5%。通过日本Rigaku公司生产的D/Max-2550/Pc型X射线衍射仪、荷兰Philips－FEI公司的Quanta 200型环境扫描电镜（SEM）等手段系统研究了0.8BNT-0.2BKT不同烧结条件对内部结构、准同型相界的影响，并结合实验结果探讨了BNT基压电陶瓷的压电性能与体系组成的关系。从实验结果可以看出：无论预烧温度为800℃还是850℃，当烧结温度为1175℃时，陶瓷样品具有三方、四方相共存的晶体结构，即为该体系的准同型相界，陶瓷的最佳压电常数均达到最大值。
在0.8BNT-0.2BKT的陶瓷体系基础上，采用固相烧结法，研究镧掺杂对压电陶瓷压电性能、相组成和显微组织的影响。实验结果表明， 以0.8BNT-0.2BKT为基础掺杂一定量的La2O3不会改变材料的三方晶体结构，但掺杂后晶胞体积有不同程度的增加。掺杂后的陶瓷在一定掺杂量范围内能提高陶瓷的压电常数、介电常数和介电损耗，降低平面机电藕合系数，均具有“软性”添加物的作用. 随着La2O3含量的增加，晶粒的尺寸呈现先降低后升高的趋势，在x=0.2wt%处，陶瓷获得较为均匀致密的形貌。掺杂后的陶瓷介电常数整体趋势随La2O3掺杂量的增高而降低，介电峰呈现更加宽化的趋势，两种掺杂离子都能改善压电陶瓷的温度稳定性。添加适量的La2O3后, 该陶瓷仍为纯钙钛矿相结构， 其材料组成在准同型相界处三方相减少， 四方相增加。适量镧掺杂可促进晶粒长大，有利于晶粒均匀生长，增大晶粒各向异性，获得了较高的压电、介电性能。