高温高性能BS-PT基压电陶瓷的相界精细调控及其低温烧结机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51802242
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    赵天龙
  • 依托单位：
    西安电子科技大学
  • 学科分类：
    E0206.功能陶瓷
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Based on the urgent demand for the high temperature high performance piezoelectric materials in the precision machining, aerospace and automotive industry, the research on the mechanism in the phase boundary fine regulation and low-temperature sintering for BS-PT based piezoelectric ceramics will be involved in this project. Combined with the conventional solid-state reaction method and Sol-gel powder preparation technology, we will investigate the fine structure in the MPB region by the HRXRD technology. Then we will investigate the phase transformation induced of temperature, electric field and stress by in situ observation using PFM to figure out the phase transformation mechanism and realize the phase boundary fine regulation for BS-PT based piezoelectric ceramics. And then we will explore the relationship between the grain growth with the raw material size and the sintering conditions like pressure, temperature and so on, aim to figure out the rapid growth problem of BS-PT based piezoelectric ceramics, and realize the new low-temperature sintering technology. This project is of great scientific significance and research value for the obtaining of piezoelectric materials with high using temperature and high piezoelectric performance and the understanding of the relationship between microstructure and electrical properties in piezoelectric materials.
本项目拟针对当今社会在精密制造、航空航天、汽车工业等领域对高温高性能压电材料的应用需求，选取BS-PT基高温压电陶瓷材料，开展相界精细调控及低温烧结机理研究。本项目结合传统的固相反应法和Sol-gel粉体制备工艺，利用HRXRD等物相表征技术确定MPB相界处的精细相结构，并利用温度，电场，应力等因素诱导相变，借助压电力显微镜PFM原位观察其相结构转变过程，明确相结构转变机理，实现BS-PT基高温压电陶瓷材料的相界精细调控；在此基础上探究原料颗粒大小，升温速度，压力、真空等外部烧结条件与晶粒生长的关系，解决BS-PT基压电陶瓷晶粒快速生长问题，实现材料的低温快速烧结。本项目对于获得高使用温度、高压电性能的压电材料，理解材料微观结构与电性能的关系具有重要的科学意义和研究价值。

结项摘要

近年来，汽车制造、能源勘探和航空航天等领域的迅猛发展对高温高性能压电材料及其器件应用提出了严峻的挑战，钪酸铋-钛酸铅 (BiScO3-PbTiO3, 以下简称BS-PT) 基压电陶瓷材料是综合性能最为优异的高温压电材料，一直都是高温压电领域的研究热点。本项目以BS-PT基压电材料作为研究对象，结合传统的固相反应法和Sol-gel粉体制备工艺，开展了其相界调控及低温烧结机理研究。通过本项目的研究，得到以下结论：.(1) 采用第三元改性的研究方法，通过控制第三组元的含量，实现对BS-PT基压电陶瓷的相结构调控，获得了多种具有优异压电性能的高温压电陶瓷，如Pb(Ni1/3Nb2/3)O3改性BiScO3-PbTiO3压电陶瓷、Pb(Sn1/3Nb2/3)O3改性BiScO3-PbTiO3压电陶瓷、Bi(Ni1/2Zr1/2)O3改性BiScO3-PbTiO3压电陶瓷等，在其准同型相界处，电性能获得最优值，同时保持其居里温度在400 oC，具有非常好的温度稳定性，是高温压电应用的理想材料；.(2) 结合传统的固相反应法和Sol-gel粉体制备工艺，利用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)等材料表征手段，得到了BS-PT基高温压电陶瓷材料MPB相界处的精细相结构，并利用压电力显微镜PFM原位观察其相结构转变过程，初步明确了其相结构转变机理；.(3) 结合传统的助烧剂法和基于Sol-gel粉体制备工艺的原料精细化法对BS-PT压电陶瓷的低温烧结机理进行探索发现，不同助烧剂的种类和含量对材料的烧结温度和电学特性影响显著，选取B2O3和LiF作为复合助烧剂，材料烧结温度可降至960~980oC，而对于Sol-gel工艺制备的BS-PT陶瓷粉体，当烧结温度为960 oC时，其压电常数d33仍高达390 pC/N，这归因于陶瓷烧结粉体颗粒越细，表面能越大，化学活性高，得到的材料更加致密，性能更为优异，同时，不同于助烧剂法的是，原料精细化法不需要引入额外的杂质，可以在保证材料性能的基础上降低其烧结温度，实现材料的低温烧结。

项目成果

期刊论文数量（11）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（1）
Calculation of Ge1-xYx(Sn, Pb) work function along (100), (110), (111) directions based on first principle
根据第一原理计算Ge1-xYx(Sn,Pb)沿(100)、(110)、(111)方向的功函数
  • DOI：
    10.1088/1361-6641/ab92ce
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Semiconductor Science and Technology
  • 影响因子：
    1.9
  • 作者：
    Zhai Xiao;Song Jianjun;Dai Xianying;Zhao Tianlong
  • 通讯作者：
    Zhao Tianlong
Al-doped GeS nanosheet as a promising sensing material for O-contained volatile organic compounds detection
Al掺杂GeS纳米片作为含O挥发性有机化合物检测的有前途的传感材料
  • DOI：
    10.1016/j.apsusc.2020.146797
  • 发表时间：
    2020-10
  • 期刊：
    Applied Surface Science
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Pu Kaiwen;Dai Xianying;Bu Yuyu;Guo Runqiu;Tao Wenluo;Jia Difan;Song Jianjun;Zhao Tianlong;Feng Lansheng
  • 通讯作者：
    Feng Lansheng
High Electron Mobility Ge1-xSnx (x > 10%) Folding Space Charge Zone Schottky Diode for Microwave Wireless Power Transfer
High%20Electron%20Mobility%20Ge1-xSnx%20(x%20>%2010%)%20Folding%20Space%20Charge%20Zone%20Schottky%20Diode%20for%20Microwave%20Wireless%20Power%20Transfer
  • DOI：
    10.1109/access.2019.2937167
  • 发表时间：
    2019-01-01
  • 期刊：
    IEEE ACCESS
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Zhai, Xiao;Song, Jianjun;Zhao, Tianlong
  • 通讯作者：
    Zhao, Tianlong
Structure and enhanced piezoelectric performance of BiScO3-PbTiO3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O-3 ternary high temperature piezoelectric ceramics
BiScO3-PbTiO3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O-3三元高温压电陶瓷的结构及增强压电性能
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2019.07.286
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Zhao Tian Long;Fei Chunlong;Dai Xianying;Song Jianjun;Dong Shuxiang
  • 通讯作者：
    Dong Shuxiang
Study on uniaxial stress intensity of MOS channels along different crystal planes induced by SiN-film
SiN薄膜引起的MOS沟道沿不同晶面的单轴应力强度研究
  • DOI：
    10.1166/mex.2020.1803
  • 发表时间：
    2020-10
  • 期刊：
    Materials Express
  • 影响因子：
    0.7
  • 作者：
    Wang Yueyu;Song Jianjun;Dai Xianying;Zhao Tianlong
  • 通讯作者：
    Zhao Tianlong

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其他文献

尾矿坝溃决机理与溃坝过程研究进展
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  • 作者：
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其他文献

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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

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          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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