研究目的
开发一种使用CuO添加剂的环保型(Ba, Ca)(Zr, Ti)O3压电陶瓷,具有低温烧结和增强的能量收集性能。
研究成果
氧化铜掺杂显著改善了BCZT陶瓷的致密化、微观结构和机电性能,使其能够在更低的烧结温度下实现更高的能量收集性能,功率密度提升了360%,成为实际应用中极具前景的无铅替代材料。
研究不足
该研究仅限于特定的CuO掺杂水平和烧结条件;对于其他掺杂剂或工艺参数,还需进一步研究。较高CuO含量下玻璃相的存在可能影响畴壁运动,其机制尚需更明确的阐释。
1:实验设计与方法选择:
采用固相反应法制备CuO掺杂BCZT陶瓷,系统研究了CuO对密度、相结构、微观结构、畴结构、机电性能及发电性能的影响。
2:样品选择与数据来源:
以x mol% CuO(x=0, 0.25, 0.50, 0.75, 1.00)为变量,原料包括CaCO?、BaCO?、TiO?、ZrO?和CuO。
3:25, 50, 75, 00)为变量,原料包括CaCO?、BaCO?、TiO?、ZrO?和CuO。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括球磨混料机、煅烧炉、压片机、烧结炉、阿基米德原理测密度仪、X射线衍射仪(D/max 2400,理学)、场发射扫描电镜(Quanta 200,FEI)、LCR表(E4980A,安捷伦)、d??测试仪(ZJ-4A)、阻抗分析仪(Agilent 4294A)、铁电测试系统(Precision Premier II,Radiant)、压电力显微镜(MFP-3D,Asylum Research)、激振器(K2007E01,Modal Shop)、电荷放大器(MI2004,Eco Technologies)、加速度计(3211A,Dytran)及数字示波器;材料包括聚乙烯醇粘结剂。
4:实验流程与操作步骤:
称量粉体后乙醇球磨混料24小时,干燥后1200°C煅烧4小时,添加PVA粘结剂压制成圆片,550°C排胶,烧结(未掺杂1450°C,掺杂1325°C,均保温4小时),随后通过密度测试、XRD、SEM、介电性能、压电性能、畴结构及悬臂梁能量收集装置评估发电性能。
5:数据分析方法:
采用标准公式计算压电常数、效率及功率密度,并与未掺杂样品及文献值对比。
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