一种提高铁电陶瓷挠曲电性能的方法

本发明涉及功能材料的机电耦合领域，具体涉及一种提高铁电陶瓷挠曲电性能的方法。

背景技术：

1、挠曲电效应是一种机电耦合现象，当材料经历非均匀变形时，会导致正负电荷中心分离，从而在宏观层面产生电极化，这一现象被称为正挠曲电效应。相反，空间中的非均匀极化同样能够诱导材料发生机械变形，这被称为逆挠曲电效应。这些效应在尖端功能材料领域展现出广泛的应用潜力，尤其是在传感器、制动器和能量存储等应用中。挠曲电效应的大小通常通过挠曲电系数μijkl来量化，该系数在不同材料中表现出显著差异。大多数介质材料的挠曲电系数位于0.1-1 nc/m的范围内，而铁电材料的挠曲电系数则显著高于这一数值，通常比理论计算值大3到6个数量级。已有研究通过极性纳米微区的择优取向、自发极化表面层等机制对铁电材料中挠曲电系数的异常高值进行了解释。尽管挠曲电效应在铁电材料中较为显著，但相较于压电效应，其在许多情况下并不突出。因此，提升材料的挠曲电效应响应是一个持续且关键的研究目标。

2、为了增强挠曲电效应，研究人员已经尝试了多种方法。一种方法是通过结构设计，如截断金字塔尖的纳米阵列、具有褶皱变形的薄膜，或利用外延应变来改变薄膜的应变梯度等方法在材料中产生更大的应变梯度，以此增强挠曲电响应。然而，这些方法受到材料刚度和弯曲断裂强度的限制，其增强效果有限。另一种方法是直接提高材料的挠曲电系数，这可以通过掺杂改性以增强界面极化、使用石墨进行不对称还原以控制成分梯度，或通过在居里温度以上进行热处理形成自发极化表面层来实现。尽管这些方法能够显著提升材料的挠曲电系数，但它们也带来了新的问题，如材料对掺杂元素的敏感性、工艺控制的复杂性，以及材料半导体化后在压电-挠曲电耦合应用中的局限性。因此，需要一种方法，能够在不损害材料其他性质的前提下，有效提高材料的挠曲电系数，以解决现有技术中存在的问题，并扩展其在压电-挠曲电耦合应用中的潜力。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种提高铁电陶瓷挠曲电性能的方法。通过将涂敷电极后的铁电陶瓷置于硅油中，施加一定的直流电压。经过加压处理后，铁电陶瓷挠曲电系数明显提高。这种显著提高挠曲电效应的方法适用于多种铁电材料。

2、本发明提出一种提高铁电陶瓷挠曲电性能的方法，所述方法包括以下步骤：

3、步骤1、进行陶瓷粉体的制备；

4、步骤2、将合成的陶瓷粉体制备成铁电陶瓷；

5、步骤3、在铁电陶瓷两表面进行金属电极的制备；

6、步骤4、通过将涂敷电极后的铁电陶瓷置于硅油中，施加一定的直流电压，经过极化处理后，提高铁电陶瓷挠曲电系数。

7、本发明具有以下有益技术效果：

8、（1）提出了一种显著提高铁电陶瓷挠曲电系数的方法，无需通过设计和加工复杂结构来提高挠曲性能，可操作性强、工艺简单；

9、（2）本发明适用于大部分铁电材料，具有很高的普适性；

10、（3）本发明中的铁电陶瓷被极化，形成极化电场和挠曲电场相互作用的耦合，满足部分器件对压电效应与挠曲电效应同时运用的要求。

1.一种提高铁电陶瓷挠曲电性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，利用固相反应进行陶瓷粉体的合成；具体为：称量经过烘干后的原料粉体，在以无水乙醇为介质的情况下球磨6-12 h后烘干并置于坩埚中煅烧2-4 h，得到所需陶瓷粉体。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2中，利用压制成型或流延成型工艺将陶瓷粉体制备成所需要的铁电陶瓷；压制成型是通过加入一定含量的质量分数为5%的聚乙烯醇为粘结剂，通过单轴压缩或冷等静压压制得到铁电陶瓷样品；流延成型是在陶瓷粉体中加入一定的溶剂进行湿法球磨得到浆料，而后通过刮刀刮制不同厚度的铁电陶瓷样品，通过高温处理去除其中的粘结剂后在相应的温度下烧结处理。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3中，在样品两表面通过磁控溅射或烧结进行金属电极的制备；具体为：将铁电陶瓷样品打磨、抛光、清洗后通过磁控溅射法制备电极；或通过在铁电陶瓷样品两表面涂覆金属电极浆料，并在相应温度下烧制得到所需具有电极的样品。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4中，沿样品厚度方向施加一定的直流或交流电场对样品进行极化，获得表观挠曲电效应显著提高的陶瓷样品；具体为：将样品置于低于样品退极化温度的硅油中，沿样品厚度方向施加直流或交流电场进行充分极化；所述退极化温度通过介电温谱得到，所述电场为通过电滞回线测试得到的矫顽电场。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，施加的电场高于矫顽电场，且随极化饱和程度增加而增加，保压时间则根据不同样品的极化情况进行选择，优选在5-30分钟之间；极化完成后，用导线将样品两面连接并静置一段时间，用以消除表面的残余电荷，而后即获得完成极化操作的样品。