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随着社会的发展，压电材料无铅化成为绿色、健康发展的必然要求。在众多的无铅压电材料中，铌酸钾钠(K1-xNaxNbO3，简写为KNN)压电陶瓷具有较高的压电系数和居里温度，因此极具应用潜力。铁电相界调控是提高KNN基压电陶瓷压电性能的重要方法。本文利用固相法制备了一系列KNN基压电陶瓷。主要研究了稀土元素Tb，Tm和Eu对KNN基压电陶瓷的铁电相界以及温度稳定性的影响，分析了掺杂后KNN基压电陶瓷的晶体结构，介电性能，阻抗特性以及压电性能。本文主要内容如下：
(1)通过固相法制备了K0.5Na0.5NbO3(KNN)，K0.5Na0.5NbO3-0.05%mol Tb4O7(KNN-Tb)，K0.5Na0.5NbO3-0.1%mol Tm2O3(KNN-Tm)陶瓷。研究发现Tb和Tm的掺入对陶瓷的居里温度(TC)几乎没影响，使正交(O)-四方(T)相转变温度(TO-T)下降约10℃。Tb明显地抑制了陶瓷晶粒长大，并且使导电激活能显著下降。Tm在这两方面的作用不明显。这两种元素的加入都可以提高陶瓷的剩余极化强度、矫顽场和单极应变。
(2)采用固相法制备了0.96K0.48Na0.52Nb0.96Sb0.04O3-0.04Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5ZrO3-x%molTb4O7(KNNS-BNKZ-xTb)；0.96K0.48Na0.52Nb0.96Sb0.04O3-0.04Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5ZrO3-x%molTm2O3(KNNS-BNKZ-xTm)压电陶瓷。Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5ZrO3以及Sb5+的掺杂成功把KNN陶瓷的TO-T移至室温附近。随着Tb的加入陶瓷TC下降，四方相比例减小，O、T两相相结构差距减小。掺杂0.1%molTb后，陶瓷逆压电系数d*33从30℃到150℃降低了6.1%，机电耦合系数kp从30℃到150℃降低了1.6%，具有良好的温度稳定性。分析发现Tm的加入可以增加陶瓷四方相含量。掺Tm后陶瓷居里温度下降，并且陶瓷呈现弥散相转变，大大提高了材料的温度稳定性。掺杂0.4%mol Tm后陶瓷剩余极化强度Pr=12μC/cm2从30℃到150℃几乎保持不变。应变S=0.097%从30℃到150℃只减小了4%。以上结论说明稀土元素Tb、Tm可以提高KNN基压电陶瓷性能的温度稳定性。
(3)采用固相法制备了(K0.43Na0.52Li0.05)Nb0.91Sb0.045Ta0.045O3-x%molEu2O3(KNLNST-xEu)压电陶瓷，其在室温附近具有铁电相变。随着Eu的加入陶瓷介电常数、介电损耗增加，矫顽场下降，体现了“软”掺杂的特征。在掺杂0.3%mol Eu时陶瓷具有良好的压电性能d33=252±6pC/N，Pr=23.4μC/cm2，S=0.167%。我们发现经过铁电测试后，陶瓷样品的压电系数和在直流极化条件下得到的相当并具有较好的时间稳定性，而且交流极化效果与陶瓷晶体内部环境相关。在0.5%mol掺杂量时样品具有较强的红光荧光特性。作为一种电光多功能材料，KNLNST-xEu2O3陶瓷具有潜在的应用价值。
(1)通过固相法制备了K0.5Na0.5NbO3(KNN)，K0.5Na0.5NbO3-0.05%mol Tb4O7(KNN-Tb)，K0.5Na0.5NbO3-0.1%mol Tm2O3(KNN-Tm)陶瓷。研究发现Tb和Tm的掺入对陶瓷的居里温度(TC)几乎没影响，使正交(O)-四方(T)相转变温度(TO-T)下降约10℃。Tb明显地抑制了陶瓷晶粒长大，并且使导电激活能显著下降。Tm在这两方面的作用不明显。这两种元素的加入都可以提高陶瓷的剩余极化强度、矫顽场和单极应变。
(2)采用固相法制备了0.96K0.48Na0.52Nb0.96Sb0.04O3-0.04Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5ZrO3-x%molTb4O7(KNNS-BNKZ-xTb)；0.96K0.48Na0.52Nb0.96Sb0.04O3-0.04Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5ZrO3-x%molTm2O3(KNNS-BNKZ-xTm)压电陶瓷。Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5ZrO3以及Sb5+的掺杂成功把KNN陶瓷的TO-T移至室温附近。随着Tb的加入陶瓷TC下降，四方相比例减小，O、T两相相结构差距减小。掺杂0.1%molTb后，陶瓷逆压电系数d*33从30℃到150℃降低了6.1%，机电耦合系数kp从30℃到150℃降低了1.6%，具有良好的温度稳定性。分析发现Tm的加入可以增加陶瓷四方相含量。掺Tm后陶瓷居里温度下降，并且陶瓷呈现弥散相转变，大大提高了材料的温度稳定性。掺杂0.4%mol Tm后陶瓷剩余极化强度Pr=12μC/cm2从30℃到150℃几乎保持不变。应变S=0.097%从30℃到150℃只减小了4%。以上结论说明稀土元素Tb、Tm可以提高KNN基压电陶瓷性能的温度稳定性。
(3)采用固相法制备了(K0.43Na0.52Li0.05)Nb0.91Sb0.045Ta0.045O3-x%molEu2O3(KNLNST-xEu)压电陶瓷，其在室温附近具有铁电相变。随着Eu的加入陶瓷介电常数、介电损耗增加，矫顽场下降，体现了“软”掺杂的特征。在掺杂0.3%mol Eu时陶瓷具有良好的压电性能d33=252±6pC/N，Pr=23.4μC/cm2，S=0.167%。我们发现经过铁电测试后，陶瓷样品的压电系数和在直流极化条件下得到的相当并具有较好的时间稳定性，而且交流极化效果与陶瓷晶体内部环境相关。在0.5%mol掺杂量时样品具有较强的红光荧光特性。作为一种电光多功能材料，KNLNST-xEu2O3陶瓷具有潜在的应用价值。