单掺及双掺型BNT-BT基铁电陶瓷的制备及
电学性能研究
摘要
人们在生产和生活中广泛使用功能材料，功能材料中压电陶瓷占据着重要
的部分，铅基陶瓷占据着应用的主要市场，但由于铅基陶瓷生产和使用过程中
会挥发有害物质，对环境造成危害，不利于环境的可持续发展，因此陶瓷的无
铅化成为必然趋势。本文以0.94BNT-0.06BT（简写为BNBT）组分为基体，在
二元固溶的基础上进行元素的掺杂改性，构建单掺/双掺型BNBT陶瓷，比较分
析BiFeO和BiMnO的单掺和双掺对于BNBT二元固溶陶瓷电学性能的影响。
33
采用固相反应法制备(1-x)BNBT-xBF(x0.08%,0.1%,0.12%)、(1-y)BNBT-yBM
(y0.8%,1%,1.2%)、(1-x-y)BNBT-xBF-yBM(x0.08%,0.1%,0.12%;y0.8%,
1%,1.2%)体系陶瓷，并测试了陶瓷的相结构、微观形貌、电学性能(铁电、介电、
压电)和机电耦合性能，比较分析单掺及双掺型陶瓷的电学性能。
XRD测试结果显示，单掺及双掺型陶瓷样品均呈现三方相和四方相共存的
状态，元素的掺杂没有使陶瓷样品偏离准同型相界(MorphotropicPhaseBound
ary，简称MPB)位置。SEM测试结果显示，单掺型BNBT陶瓷样品的平均晶粒
尺寸较小，有助于陶瓷耐压性的提升，双掺型BNBT陶瓷由于缺陷偶极子浓度
的减小，削弱了晶界的钉扎效应，导致晶粒的长大，平均晶粒尺寸明显大于单
掺型BNBT陶瓷。对陶瓷光学带隙进行研究发现，Fe、Mn单掺和双掺对BNB
T陶瓷的能带结构起到调控作用，改善陶瓷的电学性能。电学性能结果显示，
单掺/双掺型BNBT陶瓷较纯BNT陶瓷显著提升了压电性能和介电性能，BNB
T-8BF-12BM组分处压电常数d可达165pC/N，室温下在BNBT-12BF-12BM
33
处取得最大介电常数为1678。
本文通过对BNBT陶瓷进行BF、BM的单掺/双掺，对陶瓷的微观结构进
行调控，制备了兼具高压电性能和高介电性能的BNT基陶瓷材料，有助于BNT
基陶瓷材料应用的推广。
关键词钛酸铋钠-钛酸钡；单掺/双掺型；介电性能；压电性能；带隙
-I-
PreparationandElectricalPropertiesofDopedand
Co-dopedBNT-BTBasedFerroelectricCeramics
Abstract
Peopleextensivelyemployfunctionalmaterialsinbothproductionandda
ilylife,withpiezoelectricceramicsconstitutingasignificantportionofthese
materials.However,thedominanceoflead-basedceramicsinthemarketforf
unctionalmaterialsposesenvironmentalrisksduetothereleaseofhazardous
substancesduringtheirproductionanduse.Thissituationimpedesthesustain
abledevelopmentofourenvironment,thusnecessitatingtheadoptionoflead-
freeceramicsasaninevitabletrend.Inthispaper,w