KNN基无铅压电陶瓷相界研究进展

压电陶瓷是实现机械能与电能相互转换的重要功能材料.目前,以锆钛酸铅(PZT)为代表的铅基压电陶瓷因具有优异的综合电学性能被广泛用于传感器、执行器和换能器等许多商业高科技电子产品.然而,金属铅的毒性以及易挥发性会对生态环境造成极大损害.近年来,许多国家已立法限制使用含铅的电子产品.因此,压电陶瓷无铅化成为国内外学者的研究重点.而在各类无铅压电陶瓷中,铌酸钾钠(KNN)基无铅压电陶瓷因具有优异的压电、介电性能和较高的居里温度,被认为是取代铅基压电陶瓷的理想材料之一.多年来,研究者通过调节K/Na比、离子掺杂、添加新组元等方式构建室温下KNN基陶瓷多相共存相界(如准同型相界(MPB)或多晶型相界(PPB)).多相共存相界下各个相势垒较低,极化方向增加,电畴易发生翻转,从而使陶瓷产生高的压电效应.目前,KNN基无铅压电陶瓷因具有纳米级三方相(R)-正交相(O)-四方相(T)三相共存相界,其压电性能已超过某些铅基压电陶瓷.超高的压电性能来源于新型相界(NPB)的构建.结合近年来相关文献,本文以相界作为出发点,综述了国内外KNN基无铅陶瓷中MPB、PPB以及NPB的最新研究进展;重点阐述了陶瓷体系成分和晶粒尺寸对构建相界以及调控压电性能相关文献的最新报导;分析了KNN无铅压电陶瓷在相界研究方向上面临的问题并展望其前景.以此为开发高性能无铅压电陶瓷提供参考.