CN108285341A - 一种稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷及其制备方法和同时调节压电性能和发光性能的电场调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷及其制备方法和同时调节压电性能和发光性能的电场调节方法，所述钛酸钡基陶瓷的化学通式为M x Ba1‑x‑y NyTi1‑z Q z O3，其中，M为Sm、Pr、Er、Nd、Tb、Dy或Eu，N为Ca或Sr，Q为Zr、Sn或Hf；x＝0.1～1.2%，y=0～20%，z=0～20%。该钛酸钡基陶瓷通过极化电场同时调节压电性能和发光性能，可获得最高压电系数并耦合发光猝灭，在微机电、光电集成、传感器等领域具有广泛的应用前景，为研究钙钛矿材料中力‑电‑热性能耦合作用提供实验基础。

Description

一种稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷及其制备方法和同时调节压电 性能和发光性能的电场调节方法
技术领域
本发明属于无铅压电材料和光电材料交叉领域，具体涉及一种稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷及其制备方法和同时调节压电性能和发光性能的电场调节方法。
背景技术
压电铁电材料在信息的检测、转换、处理、显示和存储等方面具有广泛的应用，是重要的高技术功能材料。研究发现，钛酸钡基陶瓷在准同型相界附近获得了极大的压电性能d33可达400-600pC/N(Physical Review Letters,2009,103:257602；Applied PhysicsLetters,2011,99:122901)。该压电性能的获得一般是通过组分的优化，制备工艺的提升完成，一般不采用极化条件来提高或优化其压电性能。
发光材料是一种在红外激光激发下能够发射出可见光的材料，在防伪、红外探测、三位立体显示、短波长全固态激光器、生物标记等领域均有广泛的应用。由于特殊的电子层结构，稀土元素具有一般元素望尘莫及的光谱性质，稀土发光几乎覆盖了整个固体发光的的范畴。所以在各种稀土材料的发展中，稀土发光材料尤其引人注目。稀土发光材料是指以稀土作为发光中心或者敏化剂的发光材料。稀土发光材料具有许多特点：发光谱线窄，色纯度高，色彩鲜艳；光吸收能力强，转化效率高；发射波长分布区域宽；荧光寿命从纳秒可以跨越到毫秒；物理和化学性质稳定，耐高温，可承受大功率电子束、高能辐射和强紫外光等的作用。随着科学技术的不断进步，各种电子器件在不断趋于功能化、小型化和智能化。近几十年，人们不仅在多功能材料中集成和改善原有的性能，还可以开发、设计所需的新颖性能，多功能材料得到了科学界的极大关注。多功能材料的研究工作不仅仅希望能够改变基体材料的性能，还期望能够拓展新的功能以及各功能之间的耦合。目前，已经研发出各种各样的多功能材料体系。在这些材料系统中，铁电发光多功能材料是通过稀土掺杂在保持或增强铁电性的基础上使铁电体具备发光性能。目前，铁电发光多功能氧化物由于具有光电子器件应用的前景，受到了广泛的关注。
因此，作为一类具有高压电性能和高发光性能的无铅材料，如何通过极化调节压电性能和发光性能，是极具研究意义和应用价值的方法。据所查到的相关专利和文献中，未见稀土氧化物掺杂的钛酸钡陶瓷的极化条件对压电性能和发光性能耦合作用的相关研究。本发明是一种具有简单高效研究压电性能和发光性能耦合作用的新方法，工艺简单，性能稳定，在微机电、光电集成、光电传感器等领域具有广泛的应用前景。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷及其制备方法和同时调节压电性能和发光性能的电场调节方法，所述钛酸钡基陶瓷的化学通式为MxBa1-x-yNyTi1-zQzO3，其中，M为Sm、Pr、Er、Nd、Tb、Dy或Eu，N为Ca或Sr，Q为Zr、Sn或Hf；x＝0.1～1.2％，y＝0～20％，z＝0～20％。该钛酸钡基陶瓷通过极化电场同时调节压电性能和发光性能，可获得最高压电系数并耦合发光猝灭，在微机电、光电集成、传感器等领域具有广泛的应用前景，为研究钙钛矿材料中力-电-热性能耦合作用提供实验基础。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷，所述钛酸钡基陶瓷的化学通式为MxBa1-x-yNyTi1-zQzO3，其中，M为Sm、Pr、Er、Nd、Tb、Dy或Eu，N为Ca或Sr，Q为Zr、Sn或Hf；x＝0.1～1.2％，y＝0～20％，z＝0～20％。
上述化学通式中，元素右下标数字及字母均代表各对应元素的摩尔比例关系。
x可为0.1～0.2％、0.2～0.3％、0.3～0.4％或0.4～1.2％。
y可为0～2％、2～8％或8～20％。
z可为0～0.2％、0.2～2％、2～5％或5～20％。
优选地，M＝Sm、Pr、Er、Nd、Tb、Dy或Eu，x＝0.1％、0.2％、0.3％或0.4％。
本发明第二方面提供上述稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
1)按上述任一项所述的稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷化学通式中元素的化学计量比称取原料：含M化合物、含Ba化合物、含N化合物、含Ti化合物和含Q化合物；
2)将步骤1)中称取的原料以溶剂为介质球磨，获得浆料；
3)将步骤2)得到的浆料进行烘干、预烧，得到钛酸钡基陶瓷粉体；
4)将步骤3)得到的钛酸钡基陶瓷粉体添加粘结剂造粒，压制成型，排粘，烧结，即得到所述钛酸钡基陶瓷。
优选地，含M化合物为Sm2O3、Pr6O11、Er2O3、Nd2O3、Tb2O3、Dy2O3或Eu2O3。
优选地，含Ba化合物为BaCO3。
优选地，含N化合物为CaCO3或SrCO3。
优选地，含Ti化合物为TiO2。
优选地，含Q化合物为ZrO2、HfO2、SnO2或SnCl4。
优选地，步骤2)中，还包括如下技术特征中的至少一项：
1)球磨时间为4～6h，如4～5h或5～6h；
2)所述溶剂选自无水乙醇或水。
优选地，步骤3)中，还包括如下技术特征中的至少一项：
1)烘干条件为：在80～100℃下保温烘干8～12h，如烘干温度为80～90℃或90～100℃，烘干时间为8～10h或10～12h；
2)预烧条件为：预烧温度为900～1200℃，如900～1000℃、1000～1100℃或1100～1200℃，预烧时间为4～8h，如4～5h或5～8h。
优选地，步骤4)中，还包括如下技术特征中的至少一项：
1)粘结剂的用量为所述钛酸钡基陶瓷粉体的5～8wt％，如5～6wt％或6～8wt％；
2)所述压制成型的相对压强为100～200Mpa，如100～150Mpa、150～180Mpa或180～200Mpa；
3)烧结条件为：在空气中于1200～1400℃烧结2～6h，如烧结温度为1200～1300℃或1300～1400℃，烧结时间为2～4h或4～6h。
本发明第三方面提供一种同时调节压电性能和发光性能的电场调节方法，包括如下步骤：
1)将上述钛酸钡基陶瓷制备成片状，在其上下表面涂覆电极；
2)将步骤1)得到的陶瓷进行电场极化。
优选地，步骤1)中，电极为银电极或ITO电极，更优选为银电极。
优选地，步骤2)中，还包括如下技术特征中的至少一项：
1)电场强度为5～40kV/cm，如5～10kV/cm、10～20kV/cm或20～40kV/cm；
2)加场速度为1～10kV/cm/min，如1～4kV/cm/min或4～10kV/cm/min；
3)极化时间为10～40分钟，如10～20分钟或20～40分钟；
4)电场为直流电场；
5)在硅油溶剂中加载电场；
6)在陶瓷圆片轴线Z方向加载极化电场。
将电场极化后的陶瓷在准静态d33测试仪上测试压电常数(在室温下进行测试)；将测试完压电常数的陶瓷的上下表面涂覆的电极抹掉并抛光，使陶瓷厚度为0.2-0.5mm，利用荧光光谱仪测试样品光致发光特性，其中，抛光为砂纸或金刚砂物理抛光法，优选金刚砂，抛光后的陶瓷用水和乙醇清洗，同一批样品厚度一致，光致发光特性在室温条件下测试，激发光的波长由掺杂的稀土而定。
本发明提供一种稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷及其制备方法和同时调节压电性能和发光性能的电场调节方法，所述钛酸钡基陶瓷的化学通式为MxBa1-x-yNyTi1-zQzO3，其中，M为Sm、Pr、Er、Nd、Tb、Dy或Eu，N为Ca或Sr，Q为Zr、Sn或Hf；x＝0.1～1.2％，y＝0～20％，z＝0～20％。该钛酸钡基陶瓷通过极化电场同时调节压电性能和发光性能，利用简单方法研究压电性能和发光性能之间的耦合作用，可获得最高压电系数并耦合发光猝灭即同时获得最高压电性能和发光猝灭性能，在微机电、光电集成、传感器等领域具有广泛的应用前景，为研究钙钛矿材料中力-电-热性能耦合作用提供实验基础。
附图说明
图1是实施例一至实施例五样品的XRD谱图；
图2是实施例一至实施例五样品在波长409nm蓝光激发下的发光图谱；
图3是实施例一至实施例五样品发光强度和压电常数随极化电场变化的曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指相对压力，使用的原料也均为本领域内的常规使用的原料。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1化学通式为MxBa1-x-yNyTi1-zQzO3，其中，M为Sm，N为Ca，Q为Zr；x＝0.1％，y＝0％，z＝0％；极化电场为0kV/cm
稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷的制备：
1)按稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷化学通式中元素的化学计量比称取原料：Sm2O3、BaCO3、CaCO3、TiO2和ZrO2；
2)将步骤1)中称取的原料以溶剂为介质球磨，球磨时间为4h，所述溶剂选自无水乙醇，获得浆料；
3)将步骤2)得到的浆料进行烘干、预烧，烘干条件为：在80℃下保温烘干8h，预烧条件为：预烧温度为900℃，预烧时间为8h，得到钛酸钡基陶瓷粉体；
4)将步骤3)得到的钛酸钡基陶瓷粉体添加粘结剂造粒，压制成型，排粘，烧结，粘结剂的用量为所述钛酸钡基陶瓷粉体的5wt％，所述压制成型的相对压强为100Mpa，烧结条件为：在空气中于1200℃烧结6h，即得到所述钛酸钡基陶瓷。
将上述制得的陶瓷面使用金刚砂物理抛光法进行抛光，抛光后样品厚度为0.3mm，抛光后的样品分别用去离子水和乙醇超声清洗10分钟。
对洁净样品表面进行XRD结构分析，样品为四方相和正交相共存结构。
将洁净样品表面测试荧光，在室温条件下测试，激发光的波长为409nm，将抛光后的样品在409nm波长的激发光激发下测试上转换发光发射波波长为563,596和642nm，强度均为最大。
图1给出了所得样品的XRD图谱，可见材料为正交相钙钛矿结构。
图2给出了所得样品的409nm波长的激发光激发上转换发光图谱，其上转换发光波长563nm,596nm和642nm，在5个实施例中发光强度最大，596nm波长光强度为34222。
实施例2化学通式为MxBa1-x-yNyTi1-zQzO3，其中，M为Pr，N为Ca，Q为Sn；x＝0.2％，y＝2％，z＝0.2％；极化电场为5kV/cm
稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷的制备：
1)按稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷化学通式中元素的化学计量比称取原料：Pr6O11、BaCO3、CaCO3、TiO2和SnO2；
2)将步骤1)中称取的原料以溶剂为介质球磨，球磨时间为5h，所述溶剂选自水，获得浆料；
3)将步骤2)得到的浆料进行烘干、预烧，烘干条件为：在90℃下保温烘干10h，预烧条件为：预烧温度为1000℃，预烧时间为5h，得到钛酸钡基陶瓷粉体；
4)将步骤3)得到的钛酸钡基陶瓷粉体添加粘结剂造粒，压制成型，排粘，烧结，粘结剂的用量为所述钛酸钡基陶瓷粉体的6wt％，所述压制成型的相对压强为150Mpa，烧结条件为：在空气中于1300℃烧结4h，即得到所述钛酸钡基陶瓷。
电场调节方法：
1)将上述制得的稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷制备成圆形片，在其上下表面涂覆电极，电极为银电极；
2)将步骤1)得到的陶瓷在陶瓷圆片轴线Z方向进行电场极化，在硅油溶剂中加载电场，电场为直流电场，电场强度为5kV/cm，加场速度为1kV/cm/min，极化时间为10分钟。
将极化后的陶瓷取出并中和上下表面电荷，在准静态d33测试仪上测试其压电常数，其压电常数为315pC/N。
将测试完压电常数的陶瓷电极抹掉并使用金刚砂物理抛光法进行抛光，抛光后样品厚度为0.3mm，抛光后的样品分别用去离子水和乙醇超声清洗10分钟。
对洁净样品表面进行XRD结构分析，样品为四方相和正交相共存结构。
将洁净样品表面测试荧光，在室温条件下测试，激发光的波长为409nm，将抛光后的样品在409nm波长的激发光激发下测试上转换发光发射波波长为563,596和642nm，强度均为最大，596nm波长光强度为14907。
图1给出了所得样品的XRD图谱，可见材料为正交相钙钛矿结构。
图2给出了所得样品的409nm波长的激发光激发上转换发光图谱，其上转换发光波长563,596和642nm，在5个实施例中发光强度最大，596nm波长光强度为14907。
图3给出了所得样品的在上转换发光发射波波长为596nm处强度和5kV/cm极化后样品的压电常数。
实施例3化学通式为MxBa1-x-yNyTi1-zQzO3，其中，M为Eu，N为Ca，Q为Hf；x＝1.2％，y＝20％，z＝20％；极化电场为10kV/cm
稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷的制备：
1)按稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷化学通式中元素的化学计量比称取原料：Eu2O3、BaCO3、CaCO3、TiO2和HfO2；
2)将步骤1)中称取的原料以溶剂为介质球磨，球磨时间为6h，所述溶剂选自无水乙醇，获得浆料；
3)将步骤2)得到的浆料进行烘干、预烧，烘干条件为：在100℃下保温烘干12h，预烧条件为：预烧温度为1200℃，预烧时间为4h，得到钛酸钡基陶瓷粉体；
4)将步骤3)得到的钛酸钡基陶瓷粉体添加粘结剂造粒，压制成型，排粘，烧结，粘结剂的用量为所述钛酸钡基陶瓷粉体的8wt％，所述压制成型的相对压强为200Mpa，烧结条件为：在空气中于1400℃烧结6h，即得到所述钛酸钡基陶瓷。
电场调节方法：
1)将上述制得的稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷制备成圆形片，在其上下表面涂覆电极，电极为银电极或ITO电极；
2)将步骤1)得到的陶瓷在陶瓷圆片轴线Z方向进行电场极化，在硅油溶剂中加载电场，电场为直流电场，电场强度为10kV/cm，加场速度为4kV/cm/min，极化时间为40分钟。
将极化后的陶瓷取出并中和上下表面电荷，在准静态d33测试仪上测试其压电常数，其压电常数为420pC/N。
将测试完压电常数的陶瓷电极抹掉并使用金刚砂物理抛光法进行抛光，抛光后样品厚度为0.3mm，抛光后的样品分别用去离子水和乙醇超声清洗10分钟。
对洁净样品表面进行XRD结构分析，样品为四方相和正交相共存结构。
将洁净样品表面测试荧光，在室温条件下测试，激发光的波长为409nm，将抛光后的样品在409nm波长的激发光激发下测试上转换发光发射波波长为563,596和642nm，强度均为最大，596nm波长光强度为14227。
图1给出了所得样品的XRD图谱，可见材料为正交相钙钛矿结构。
图2给出了所得样品的409nm波长的激发光激发上转换发光图谱，其上转换发光波长563,596和642nm，在5个实施例中发光强度最大，596nm波长光强度为14227。
图3给出了所得样品的在上转换发光发射波波长为596nm处强度和10kV/cm极化后样品的压电常数。
实施例4化学通式为MxBa1-x-yNyTi1-zQzO3，其中，M为Sm，N为Ca，Q为Zr；x＝0.3％，y＝8％，z＝5％；极化电场为20kV/cm
稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷的制备：
1)按稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷化学通式中元素的化学计量比称取原料：Sm2O3、BaCO3、CaCO3、TiO2和ZrO2；
2)将步骤1)中称取的原料以溶剂为介质球磨，球磨时间为6h，所述溶剂选自无水乙醇，获得浆料；
3)将步骤2)得到的浆料进行烘干、预烧，烘干条件为：在80℃下保温烘干10h，预烧条件为：预烧温度为1100℃，预烧时间为4h，得到钛酸钡基陶瓷粉体；
4)将步骤3)得到的钛酸钡基陶瓷粉体添加粘结剂造粒，压制成型，排粘，烧结，粘结剂的用量为所述钛酸钡基陶瓷粉体的6wt％，所述压制成型的相对压强为180Mpa，烧结条件为：在空气中于1400℃烧结4h，即得到所述钛酸钡基陶瓷。
电场调节方法：
1)将上述制得的稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷制备成圆形片，在其上下表面涂覆电极，电极为银电极；
2)将步骤1)得到的陶瓷在陶瓷圆片轴线Z方向进行电场极化，在硅油溶剂中加载电场，电场为直流电场，电场强度为20kV/cm，加场速度为4kV/cm/min，极化时间为20分钟。
将极化后的陶瓷取出并中和上下表面电荷，在准静态d33测试仪上测试其压电常数，其压电常数为450pC/N。
将测试完压电常数的样品电极抹掉并使用金刚砂物理抛光法进行抛光，抛光后样品厚度为0.3mm，抛光后的样品分别用去离子水和乙醇超声清洗10分钟。
对洁净样品表面进行XRD结构分析，样品为四方相和正交相共存结构。
将洁净样品表面测试荧光，在室温条件下测试，激发光的波长为409nm，将抛光后的样品在409nm波长的激发光激发下测试上转换发光发射波波长为563,596和642nm，强度均为最大，596nm波长光强度为10000。
图1给出了所得样品的XRD图谱，可见材料为正交相钙钛矿结构。
图2给出了所得样品的409nm波长的激发光激发上转换发光图谱，其上转换发光波长563,596和642nm，在5个实施例中发光强度最大，596nm波长光强度为10000。
图3给出了所得样品的在上转换发光发射波波长为596nm处强度和20kV/cm极化后样品的压电常数。
实施例5化学通式为MxBa1-x-yNyTi1-zQzO3，其中，M为Sm，N为Sr，Q为Hf；x＝0.4％，y＝2％，z＝2％；极化电场为40kV/cm
稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷的制备：
1)按稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷化学通式中元素的化学计量比称取原料：Sm2O3、BaCO3、SrCO3、TiO2和HfO2；
2)将步骤1)中称取的原料以溶剂为介质球磨，球磨时间为5h，所述溶剂选自无水乙醇，获得浆料；
3)将步骤2)得到的浆料进行烘干、预烧，烘干条件为：在100℃下保温烘干10h，预烧条件为：预烧温度为1100℃，预烧时间为8h，得到钛酸钡基陶瓷粉体；
4)将步骤3)得到的钛酸钡基陶瓷粉体添加粘结剂造粒，压制成型，排粘，烧结，粘结剂的用量为所述钛酸钡基陶瓷粉体的5wt％，所述压制成型的相对压强为200Mpa，烧结条件为：在空气中于1300℃烧结6h，即得到所述钛酸钡基陶瓷。
电场调节方法：
1)将上述制得的稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷制备成圆形片，在其上下表面涂覆电极，电极为银电极；
2)将步骤1)得到的陶瓷在陶瓷圆片轴线Z方向进行电场极化，在硅油溶剂中加载电场，电场为直流电场，电场强度为40kV/cm，加场速度为10kV/cm/min，极化时间为10分钟。
将极化后的陶瓷取出并中和上下表面电荷，在准静态d33测试仪上测试其压电常数，其压电常数为380pC/N。
将测试完压电常数的陶瓷电极抹掉并使用金刚砂物理抛光法进行抛光，抛光后样品厚度为0.3mm，抛光后的样品分别用去离子水和乙醇超声清洗10分钟。
对洁净样品表面进行XRD结构分析，样品为四方相和正交相共存结构。
将洁净样品表面测试荧光，在室温条件下测试，激发光的波长为409nm，将抛光后的样品在409nm波长的激发光激发下测试上转换发光发射波波长为563,596和642nm，强度均为最大，596nm波长光强度为22900。
图1给出了所得样品的XRD图谱，可见材料为正交相钙钛矿结构。
图2给出了所得样品的409nm波长的激发光激发上转换发光图谱，其上转换发光波长563,596和642nm，在5个实施例中发光强度最大，596nm波长光强度为22900。
图3给出了所得样品的在上转换发光发射波波长为596nm处强度和40kV/cm极化后样品的压电常数。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷，其特征在于，所述钛酸钡基陶瓷的化学通式为MxBa1-x-yNyTi1-zQzO3，其中，M为Sm、Pr、Er、Nd、Tb、Dy或Eu，N为Ca或Sr，Q为Zr、Sn或Hf；x＝0.1～1.2％，y＝0～20％，z＝0～20％。
2.如权利要求1所述的稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷，其特征在于，M＝Sm、Pr、Er、Nd、Tb、Dy或Eu，x＝0.1％、0.2％、0.3％或0.4％。
3.一种如权利要求1或2所述的稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按权利要求1或2所述的稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷化学通式中元素的化学计量比称取原料：含M化合物、含Ba化合物、含N化合物、含Ti化合物和含Q化合物；
2)将步骤1)中称取的原料以溶剂为介质球磨，获得浆料；
3)将步骤2)得到的浆料进行烘干、预烧，得到钛酸钡基陶瓷粉体；
4)将步骤3)得到的钛酸钡基陶瓷粉体添加粘结剂造粒，压制成型，排粘，烧结，即得到所述钛酸钡基陶瓷。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，还包括如下技术特征中的至少一项：
1)球磨时间为4～6h；
2)所述溶剂选自无水乙醇或水。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，还包括如下技术特征中的至少一项：
1)烘干条件为：在80～100℃下保温烘干8～12h；
2)预烧条件为：预烧温度为900～1200℃，预烧时间为4～8h。
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，还包括如下技术特征中的至少一项：
1)粘结剂的用量为所述钛酸钡基陶瓷粉体的5～8wt％；
2)所述压制成型的相对压强为100～200Mpa；
3)烧结条件为：在空气中于1200～1400℃烧结2～6h。
7.一种同时调节压电性能和发光性能的电场调节方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将权利要求1或2所述的稀土掺杂的钛酸钡基陶瓷制备成片状，在其上下表面涂覆电极；
2)将步骤1)得到的陶瓷进行电场极化。
8.如权利要求7所述的电场调节方法，其特征在于，步骤1)中，电极为银电极或ITO电极。
9.如权利要求7所述的电场调节方法，其特征在于，步骤2)中，还包括如下技术特征中的至少一项：
1)电场强度为5～40kV/cm；
2)加场速度为1～10kV/cm/min；
3)极化时间为10～40分钟；
4)电场为直流电场；
5)在硅油溶剂中加载电场；
6)在陶瓷圆片轴线Z方向加载极化电场。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113200744A (zh) * 2021-04-25 2021-08-03 湖南省美程陶瓷科技有限公司 一种无铅压电陶瓷传感器材料及其制备方法
CN113493345A (zh) * 2021-06-30 2021-10-12 清华大学 一种掺钐的铁酸铋-钛酸钡陶瓷薄膜及其制备方法和应用
CN114425100A (zh) * 2021-12-31 2022-05-03 佛山市中医院 一种压电纳米复合材料及其制备方法、具有压电性和体内示踪能力的3d打印骨修复支架

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103214241A (zh) * 2013-05-03 2013-07-24 聊城大学 一种钛酸钡基无铅压电发光材料及其制备方法
CN104016674A (zh) * 2014-06-17 2014-09-03 河南科技大学 一种钛酸钡基无铅压电陶瓷及其制备方法
JP2014208562A (ja) * 2013-03-27 2014-11-06 太平洋セメント株式会社 圧電磁器およびこれを用いた圧電素子
CN104761253A (zh) * 2015-03-06 2015-07-08 西安理工大学 一种功能仿生复合生物压电陶瓷材料及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014208562A (ja) * 2013-03-27 2014-11-06 太平洋セメント株式会社 圧電磁器およびこれを用いた圧電素子
CN103214241A (zh) * 2013-05-03 2013-07-24 聊城大学 一种钛酸钡基无铅压电发光材料及其制备方法
CN104016674A (zh) * 2014-06-17 2014-09-03 河南科技大学 一种钛酸钡基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN104761253A (zh) * 2015-03-06 2015-07-08 西安理工大学 一种功能仿生复合生物压电陶瓷材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴江: "稀土掺杂钛酸盐无铅压电陶瓷荧光性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113200744A (zh) * 2021-04-25 2021-08-03 湖南省美程陶瓷科技有限公司 一种无铅压电陶瓷传感器材料及其制备方法
CN113493345A (zh) * 2021-06-30 2021-10-12 清华大学 一种掺钐的铁酸铋-钛酸钡陶瓷薄膜及其制备方法和应用
CN114425100A (zh) * 2021-12-31 2022-05-03 佛山市中医院 一种压电纳米复合材料及其制备方法、具有压电性和体内示踪能力的3d打印骨修复支架

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