高温压电传感器用高稳定低损耗BiFeO3-BaTiO3基陶瓷的构效关系与调控机理

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61361007
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    45.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0123.敏感电子学与传感器
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

High-temperature piezoelectric materials are the key materials of high-temperature piezoelectric sensors, are new generation materials with great significance to national security and sustainable economic development. This project starts from the temperature sensitivity (high thermal stability) of piezoelectric properties and high-temperature electrical isolation(low loss) of the BiFeO3-BaTiO3 based lead-free ceramics, which have been found by our group and prepared by traditional sintering methods and have excellent performance and great value of popularization. The formation and evolution and distribution of defects will be studied by the positron annihilation lifetime spectrometer, dielectric temperature spectrum and chemistry and physics of defects. The origin and action mechanism of defects will be clarified. The effects of composition, phase and crystalline structure, microstructure and defects on temperature sensitivity and high-temperature conductivity, and high-temperature impedance spectroscopy, will be investigated. The essential structural of temperature sensitivity and high-temperature conductivity mechanism will be clarified. The regulation mechanism and tailor rules of low loss and low temperature sensitivity of piezoelectric properties will be obtained by adjusting the stoichiometry ratio, acceptor and donor doping, adding third compononts and atmosphere sintering. The design principles and methods of the adapter pattern of composition, microstructure, crystalline structure and defects of high stability and low loss for piezoelectric ceramics with perovskite structure will be established. The project takes full advantage of the defects function effects, and is expected to optimize the defect structure to improve the high temperature performance. The development of this project is expected to provide new methods and ideas for the investigation of high temperature piezoelectric materials. This project is closely connected with mineral resources advantages in Guangxi and helps the sustainable and healthy development of mineral resources economy in Guangxi.
高温压电材料是高温压电传感器的关键材料,是对国家安全和国民经济发展具有重大意义的新一代材料。本课题基于前期研究发现的高温性能优异、极具推广价值的BiFeO3-BaTiO3基陶瓷压电性能的温度敏感性(高稳定)和高温绝缘性(低损耗)问题,采用正电子湮没寿命谱、介电温谱,结合缺陷化学与物理,研究缺陷的产生、演化及分布规律,理清缺陷的来源和作用机理。研究组成、物相与结构、微观结构、缺陷对压电性能温度敏感性与高温电导的影响规律,结合阻抗谱分析,阐明温度敏感性的结构本质和高温导电机理。通过气氛烧结、化学计量比调节、掺杂以及铋基铁电化合物取代获得高稳定、低损耗陶瓷的调控机理,建立钙钛矿结构陶瓷高稳定与低损耗的成分、组织、结构及缺陷适配模式设计原理与方法。课题利用缺陷的功能效应,通过优化缺陷结构改善高温性能,有望对高温压电材料的研究提供新的方法与思路。本项目结合地方资源优势,有利于广西经济可持续健康发展.

结项摘要

高温压电材料是航空航天、能源化工、军事等许多高科技领域电子器件迫切需求的关键材料。本项目针对目前高温BiFeO3-BaTiO3 基压电陶瓷的压电性能和温度稳定性不能兼顾的问题,尤其是高温漏电流和高温压电性能的敏感性问题,研究了三个方面的内容。首先,通过成分改性,在A位添加稀土,B位添加过渡族金属,并改变添加金属离子的方式(预合成前或者后添加,双重离子二次掺杂),研究了A位/B位元素掺杂对微观结构、物相组成及含量对介电、压电、铁电性能及高温稳定性、压电性能的温度敏感性的影响;其次,在成分改性的基础上,通过结构工程调控陶瓷的微观结构,通过成分、工艺及后续的退火处理,调控成分/结构的梯度组织及结构、芯壳结构等局部微区结构,探索了结构工程对介电、压电、铁电性能及它们的温度行为;最后,从电价、离子半径失配的角度,分析不同的补偿方式,探索缺陷及复合缺陷的形成及对电性能与高温性能演变的影响规律。结果发现,适量的稀土和过渡族元素取代,能同时提高压电性能及温度稳定性,通过调控退极化效应和热激活压电响应的平衡,可以获得具有高温低损耗及近零温度系数的低温度敏感压电响应,特别是Zn的取代可以同时进入A位与B位,引起压电性能、温度稳定性和温度敏感性三者协同提高。过渡族Mn、Co掺杂都可以显著提高绝缘性能,降低损耗,其中Mn掺杂降低漏电流的效果比Co掺杂显著,但是提高压电性能的效应低于Co掺杂。成分工程和结构工程协同调控的缺陷补偿方式,以及形成的芯-壳结构,可以有效调控高压电活性微观结构,利于畴变及极化翻转的应力、应变释放,在放大压电响应的同时,可以有效改善高温压电响应及温度敏感性。项目利用芯-壳结构和缺陷的功能效应,通过优化芯-壳结构与缺陷结构改善高温性能,有望对高温压电材料的研究提供新的方法与思路。本项目在高温压电陶瓷的性能优化与应用拓展等领域开展了一系列的工作,研究结果受到国内外同行认可,目前发表23篇SCI收录论文,12篇授权专利,获1项省部级自然科学三等奖。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(12)
Temperature stability of sodium-doped BiFeO3-BaTiO3 piezoelectric ceramics
钠掺杂BiFeO3-BaTiO3压电陶瓷的温度稳定性
  • DOI:
    10.1007/s10854-015-3032-1
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE-MATERIALS IN ELECTRONICS
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Fan Qiaolan;Zhou Changrong;Li Qinglin;Xu Jiwen;Yuan Changlai;Chen Guohua
  • 通讯作者:
    Chen Guohua
Unusual relaxor-normal ferroelectric crossover in Cu-doped BiFeO3-BaTiO3 ceramics
Cu 掺杂 BiFeO3-BaTiO3 陶瓷中不寻常的弛豫-正常铁电交叉
  • DOI:
    10.1007/s10854-015-2875-9
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE-MATERIALS IN ELECTRONICS
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Cao Lei;Zhou Changrong;Fan Qiaolan;Zeng Weidong;Zhou Qin;Yang Huabin
  • 通讯作者:
    Yang Huabin
High piezoelectricity associated with crossover from nonergodicity to ergodicity in modified Bi0.5Na0.5TiO3 relaxor ferroelectrics
改性 Bi0.5Na0.5TiO3 弛豫铁电体中与非遍历性到遍历性交叉相关的高压
  • DOI:
    10.1007/s10832-016-0036-z
  • 发表时间:
    2016-04
  • 期刊:
    Journal of Electroceramics
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Ling Yang;Jiwen Xu;Qinning Li;Weidong Zeng;Changrong Zhou;Changlai Yuan;Guohua Chen;Guanghui Rao
  • 通讯作者:
    Guanghui Rao
Structure and electrical properties evolution of B-site complex ions (Li1/4Nb3/4) modification BNT-BT ceramics
B位络离子(Li1/4Nb3/4)改性BNT-BT陶瓷的结构和电性能演化
  • DOI:
    10.1179/1743676114y.0000000172
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Advances in Applied Ceramics
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Ma X. X.;Li W. Z.;Zeng W. D.;Zhou C. R.;Yang T.;Yu Q. Y.;Zeng J. M.
  • 通讯作者:
    Zeng J. M.
Piezoelectric and ferroelectric properties of Ga modified BiFeO3-BaTiO3 lead-free ceramics with high Curie temperature
Ga改性高居里温度BiFeO3-BaTiO3无铅陶瓷的压电和铁电性能
  • DOI:
    10.1007/s10854-013-1573-8
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Journal of Materials Science: Materials in Electronics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhou Qin;Zhou Changrong;Yang Huabin;Yuan Changlai;Chen Guohua;Cao Lei;Fan Qiaolan
  • 通讯作者:
    Fan Qiaolan

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其他文献

Mn掺杂Ca_(0.16)Sr_(0.04)Li_(0.4)Nd_(0.4)TiO_3微波介质陶瓷介电性能的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    人工晶体学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周秀娟;袁昌来;陈国华;周昌荣;杨云;蒙柳方
  • 通讯作者:
    蒙柳方
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K0.5Na0.5NbO3-BiFeO3发电性能研究
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    10.3724/sp.j.1077.2009.01178
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    江民红;陈何欣;刘心宇;杨理清;周昌荣
  • 通讯作者:
    周昌荣
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙亚兵;包兆先;霍子伟;杨玲;许积文;周昌荣;王华
  • 通讯作者:
    王华
准同型相界内KNN-LS-BF 无铅压电陶瓷的烧结与压电性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    江民红;刘心宇;陈国华;龚晓斌;周昌荣
  • 通讯作者:
    周昌荣
(Nd0.5Ta0.5)4+复合离子对BNT-BKT陶瓷微结构及电学性能的影响
  • DOI:
    10.14106/j.cnki.1001-2028.2019.04.010
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    电子元件与材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    窦闰镨;杨玲;许积文;周昌荣;王华
  • 通讯作者:
    王华

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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