溶膠凝膠法制備鈮酸鉀鈉壓電陶瓷薄膜的研究.pdf

1、鈮酸鉀鈉(KNN)壓電陶瓷材料具有高居里溫度,優(yōu)良的壓電、鐵電性,以及良好的生物相容性,是替代鉛基壓電材料的最佳選擇,可應(yīng)用于傳感器、驅(qū)動器、換能器等多個領(lǐng)域。目前,針對高性能 KNN壓電陶瓷薄膜的制備研究成為壓電材料領(lǐng)域的一個重點。本文采用溶膠凝膠法制備KNN粉體及薄膜,主要研究工作和結(jié)果如下:
　　(1)以廉價的 Nb2O5為鈮源,替代昂貴的醇鈮,以檸檬酸(CA)為螯合劑、乙二醇(EG)為酯化劑,制備KNN溶膠。研究發(fā)現(xiàn),當溶

2、膠的pH值在5~8時,溶膠呈澄清透明狀態(tài)。同時獲得配制溶膠的最佳配比,即金屬離子(Mn+):CA=3:1,CA:EG=2:1。采用溶膠-煅燒法制備出KNN粉體,實驗表明:隨著堿過量的增加,KNN粉體從單斜變?yōu)榱⒎较?。當堿過量為20％時,粉體擁有最好的結(jié)晶性。
　　(2)利用上述溶膠進行旋涂,在Si基板上制備KNN薄膜。研究發(fā)現(xiàn),隨著退火溫度的增加,薄膜的結(jié)晶性變好,晶粒尺寸變大。當退火溫度為700℃時,薄膜呈結(jié)晶性最佳的單相KNN

3、。隨著涂覆層數(shù)的增多,薄膜晶粒尺寸增大,結(jié)晶性變好,薄膜表面越發(fā)致密,薄膜厚度呈略微的增長。
　　(3)采用PVA輔助溶膠凝膠法在Pt/Ti/SiO2/Si基板上制備KNN薄膜。低濃度PVA的加入,使得薄膜具有良好的致密度,表面更為平整,提高了薄膜的表面質(zhì)量。采用EDTA輔助溶膠凝膠法制備出了鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的單相KNN薄膜。EDTA的加入,有效地降低了KNN鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶溫度,抑制了焦燒綠石相的生成,提高了薄膜的結(jié)晶性。同時,EDT