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压电材料是一类可实现机械能与电能相互转换的功能电子材料,广泛地应用于蜂鸣器、滤波器、传感器、驱动器和换能器等,遍及日常生活、工业生产以及军事领域。Bio.5Nao.5TiO3(BNT)具有剩余极化大、居里温度高、机电耦合系数各向异性大等特点,被认为是一种非常有应用前景的无铅压电材料。目前,对BNT的研究主要集中在提高其压电系数、降低电导率和矫顽场。借鉴传统PZT陶瓷的研究经验,发现在准同型相界附近可制备出性能优异的二元及多元系固溶体,其压电性能有较大提高。目前研究集中在BNT-BT体系,对BNT-BKT体系研究较少。2007年Shan-Tao Zhang等人在BNT-BT体系中得到了较大的场致应变曲线,最大单极应变量可达0.45％(80kV/cm),等效压电常数Smax/Emax=560pm/V,这一发现使越来越多的研究者开始关注BNT基压电陶瓷的场致应变效应。本论文采用传统固相反应法,通过组分调控制备了BNT基无铅压电陶瓷,系统研究了材料的结构、介电、压电和铁电性能。主要的研究内容总结如下：1用同样是A位复合钙钛矿结构的Bi0.5K0.5TiO3(BKT)与BNT进行复合,在准同型相界区域制备了0.84Bi0.5Na0.5TiO3-0.16Bi0.5K0.5TiO3(0.84BNT-0.16BKT)无铅压电陶瓷。研究了二元系固溶体在准同型相界区域内的介电特性、铁电性能及场致应变效应。X射线衍射图谱表明,0.84BNT-0.16BKT为纯的钙钛矿结构。介电温谱结果表明,极化前后样品的相对介电常数在高温段没有明显变化,极化后介电损耗在铁电相-弛豫相转变温度TF-R处出现峰值,室温附近的损耗有所降低。不同温度下的电滞回线测试表明,在铁电相-弛豫相转变温度TF-R附近存在一个相变的过程,由铁电相逐渐向弛豫相(非极性相)转变,电滞回线逐渐被压缩,矫顽场(Ec)和剩余极化强度(Pr)逐渐减小,铁电性逐渐减弱,同时场致应变效应增大。在150°C(约TF-R)处,双极应变量(Bipolar Strain)可达1.28%,单极应变量(Unipolar Strain)可达1.03%,等效压电常数Smax/Emax=d*33=1716pm/V,这一数据远远高于相关文献报道的数值。2.基于我们对0.84BNT-0.16BKT压电陶瓷的研究,我们采用Nb5+离子对其进行B位取代,制备了Bio.5(Na0.8K0.16)o.5Ti1-xNbxO3系列压电陶瓷,期望降低0.84BNT-0.16BKT压电陶瓷的铁电相-弛豫相转变温度TF-R,提高其在室温附近的场致应变量。我们系统地分析了Nb取代对0.84BNT-0.16BKT压电陶瓷介电、铁电和场致应变效应的影响。X射线衍射图谱显示,当x≦0.03时,样品均为赝立方相；当x≧0.05时,样品除了保持赝立方相外,还出现了第二相Bi2Ti2O7。Nb取代的0.84BNT-0.16BKT压电陶瓷样品的矫顽场、剩余极化强度和铁电相-弛豫相转变温度TF-R均向室温移动。在x=0.03组分处,该系列陶瓷样品的性能最为优异,铁电相-弛豫相转变温度TF-R降低至63°C,远低于0.84BNT-0.16BKT。电滞回线结果表明其铁电性有所降低,但室温附近的应变量大幅提高达到0.35%,Smax/Emax=d*33=500pm/V,远高于0.84BNT-0.16BKT在室温下的数值。3.我们使用Ba(Al0.5Ta0.5)O3和Ba(Al0.5Sb0.5)O3分别与BNT进行复合,制备了(1-x)BNT-xBa(Al0.5Ta0.5)O3和(1-x)BNT-xBa(Al0.5Sb0.5)O3系列无铅压电陶瓷。所有样品均为赝立方结构,没有第二相生成。研究发现：(1-x)BNT-xBa(Al0.5Ta0.5)O3系列压电陶瓷,当第二组元含量x=0.045时,对应的电致伸缩系数Q为0.027m4C-2,明显高于铅基电致伸缩材料Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(PMN)的Q值(0.017m4C-2)；(1-x)BNT-xBa(Al0.5Sb0.5)O3系列压电陶瓷,x=0.035组分的单极应变量为0.27%,Smax/Emax=d*33=386pm/V,kp=20.1%, kt=30.4%,复合后的BNT-xBa(Al0.5Sb0.5)O3的场致应变效应显著增强。