中國(guó)粉體網(wǎng)訊 壓電陶瓷是一種能夠?qū)崿F(xiàn)電能-機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電子功能材料,，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的稱為正壓電效應(yīng),，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的稱為逆壓電效應(yīng),。由壓電陶瓷材料構(gòu)建的各種壓電元器件(如壓電引信,、壓力傳感器,、超聲傳感器,、紅外探測(cè)器等)廣泛應(yīng)用于兵器工業(yè),、航空航天,、安防報(bào)警,、醫(yī)用設(shè)備、家用電器,、石油勘探等遍及軍用和民用的諸多領(lǐng)域,。
隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，一些重要領(lǐng)域都迫切需要能夠在高溫下穩(wěn)定工作的電子設(shè)備,，如石油化工,、電力能源、冶金礦產(chǎn),、航空航天等,，而用于這些電子設(shè)備的壓電材料在高溫環(huán)境下使用時(shí)必須具備以下兩個(gè)條件，一是該材料應(yīng)具有較高的居里溫度,，使其壓電性不會(huì)受高溫影響,；二是在較寬的溫度范圍內(nèi)，材料的壓電參數(shù)能夠保持穩(wěn)定,，從而保證電子設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中能夠正常工作,。目前,，科學(xué)家都普遍致力于高居里溫度、高性能的壓電陶瓷材料研究,。
2001年,，美國(guó)研制出了一種新型的鈣鈦礦體系BiScO3-PbTiO3(BS-PT)，該體系是將PT和BiScO3進(jìn)行復(fù)合并采用固相法制備而得,，從下表可看出,，BS-PT體系壓電陶瓷具有很高的居里溫度，且其性能足以媲美PZT陶瓷,。但是BS-PT壓電陶瓷的溫度穩(wěn)定性差及退極化溫度（Td）低,，極大限制了其在實(shí)際高溫領(lǐng)域中的應(yīng)用。
BS-PT體系和其他體系壓電陶瓷性能比較
近日,，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所壓電陶瓷材料與器件研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)微結(jié)構(gòu)調(diào)控和組成設(shè)計(jì)優(yōu)化等策略,，對(duì)BS-PT壓電陶瓷開(kāi)展了系列研究，并取得了系列進(jìn)展,�,；诰Ц窕兒蛯�(duì)稱演化理論，設(shè)計(jì)了BiScO3-PbTiO3-Bi(Sn1/3Nb2/3)O3(BS-PT-BSN)高溫壓電陶瓷,，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓電性能和溫度穩(wěn)定性的雙重調(diào)控,。進(jìn)一步通過(guò)TEM/PFM/XRD等跨尺度結(jié)構(gòu)表征，揭示了其性能提升的關(guān)鍵因素是豐富疇形態(tài)的形成和疇密度的提高,，驗(yàn)證了四方相結(jié)構(gòu)是提高溫度穩(wěn)定性的重要依據(jù),。
高溫?fù)Q能器在高溫下的不同保溫時(shí)間脈沖回波圖 (A) 380℃，(B) 450℃
研究組還通過(guò)軌道雜化提高A-O及B-O鍵的結(jié)合力,，設(shè)計(jì)制備了兼具高壓電性能（從380pC/N提高至490pC/N）,、高居里溫度（428℃）、高退極化溫度（從250℃提高至410℃）的新型BS-PT鉛基壓電陶瓷材料,。然后以上述高溫度穩(wěn)定性,、高壓電性能的壓電陶瓷為核心元件，制備了4.5MHz的超聲換能器樣件,。該超聲換能器在380℃和450℃高溫模擬環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間（24h/14h）穩(wěn)定工作后,，靈敏度依然維持在470mV。此外,，在室溫到450℃溫區(qū)內(nèi)保證高-6dB帶寬（>95%）,，高于傳統(tǒng)PZT陶瓷換能器（~60%），有望應(yīng)用于深部石油勘探,、壓電噴油閥等領(lǐng)域中,。
參考來(lái)源：
[1]上海硅酸鹽研究所
[2]王丹鈺等.高溫壓電陶瓷材料的研究進(jìn)展及應(yīng)用
