高性能钛酸铋钠基钙钛矿材料亚稳结构成相机制及制备研究

项目名称： 高性能钛酸铋钠基钙钛矿材料亚稳结构成相机制及制备研究

项目编号： No.51202007

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 无机非金属材料学科

项目作者： 刘立英

作者单位： 北京工业大学

项目金额： 27万元

中文摘要： Na0.5Bi0.5TiO3（NBT）作为典型A位复合钙钛矿结构无铅压电材料,具有良好的铁电压电活性，极具应用前景。基于NBT的结构特征与相变特性，若施加外场(压力、温度)，将诱导生成亚稳结构，其性能有望获得极大提升。本项目理论上采用第一原理计算与分子动力学方法，研究高压作用下NBT基钙钛矿结构亚稳相变、电子结构及其极化特性，并探索温度-压力调制下的NBT亚稳结构的热力学演化，提出温度、压力等多因素控制下制备NBT亚稳结构的理论模型与环境参数。在此基础上，通过优化水热环境参数及调整实验工艺参数，采用超高压水热反应制备出具有亚稳结构特征的NBT纳米晶体。结合结构、尺度、形态与微缺陷的表征与分析，进行NBT亚稳结构的压电性能测试。探索钙钛矿NBT亚稳结构对其压电性能的影响机理，澄清NBT亚稳结构具有优异压电性能的物理本质及根源。本项目的开展将有助于深入理解和研究NBT铁电压电性的本质和来源。

中文关键词： 无铅压电材料；钛酸铋钠；第一性原理；水热合成；纳米结构

英文摘要： Sodium bismuth titanium, Na0.5Bi0.5TiO3 (NBT), is a typical A-site compound perovskite lead free piezoelectric material. It has been extensively investigated due to its outstanding ferroelectric properties and application potential. Based on the intrinsic characters of structure and phase transition for NBT, the properties may be improved according imposing some exterior factor (pressure and temperature) and forming some metastable structure. In this project, using first-principles calculations and molecular dynamics method, the metastable phase transitions, electronic structure and polarization characteristics for the NBT-based perovskite structure will be theoretically studied under high pressure, and the structure of the temperature - pressure modulation of the NBT metastablethermodynamic evolution and hydrothermal environment simulation will be further explored, then, it will be put forward for the preparation of the NBT metastable structure of the theoretical model and environmental parameters under the control of temperature, pressure, and many other factors. By optimizing the parameters of the hydrothermal environments and adjust the experimental process parameters on the basis of the above researches, the NBT nanocrystals with good characteristics of metastable structure and morphology will be repared b

英文关键词： Lead Free Piezoelectric；Na0.5Bi0.5TiO3 (NBT);；first principles；Hydrothermal synthesis；nano-stucture