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作者：钟子晴;张乾宇;徐泽;曾繁达;邢志鹏;刘亦轩;赵纯林;王轲;
单位：清华大学材料学院,新型陶瓷材料全国重点实验室;乌镇实验室先进功能陶瓷材料研究中心;福州大学材料科学与工程学院;
摘要：(K, Na)NbO_3(KNN)基无铅压电陶瓷具有较高的居里温度和优异的综合性能,被认为是替代铅基压电陶瓷的重要候选材料之一。为进一步提升其性能,研究者们采用元素掺杂等方法进行优化。Mn元素的化学改性机理在常压烧结的KNN陶瓷中被广泛研究,然而,掺杂后的KNN陶瓷致密度差异明显,从而给解析Mn元素掺杂改性的物理化学机制带来挑战。本工作以热压烧结制备的KNN陶瓷为研究对象,系统探究Mn掺杂对热压烧结的KNN陶瓷微观结构及电学性能的影响。结果表明,所制备的陶瓷均具有高的致密度,相对密度超过98%,且Mn掺杂并未改变KNN的相结构。同时Mn掺杂后材料依然保持了较高的压电性能,当掺杂量为1.5%(摩尔分数)时,d_(33)达到106 pC/N,剩余极化提高至15 μC/cm~2;而PFM微观畴翻转测试表明,随着Mn掺杂量的增加,铁电畴的局域翻转电压逐渐提升,陶瓷机械品质因数Q_m提高到175,表现出“硬性”掺杂效应。上述结果表明,Mn掺杂在热压烧结制备的KNN陶瓷中展现出与传统掺杂机制所不同的Q_m和P_r同时提升、d_(33)保持在较高值的非典型“硬性”掺杂效应。本研究为理解Mn掺杂对KNN的作用机制提供了新的视角,并为无铅压电陶瓷的设计与优化提供参考。
关键词：热压烧结;铌酸钾钠;锰掺杂;掺杂效应;电学性能
基金资助：国家自然科学基金(52421001,52325204)
