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电光陶瓷-压敏陶瓷-气敏陶瓷-热敏陶瓷-湿敏陶瓷


发布时间:

2018-04-21

1.在PZT中添加稀土氧化物La2O3,即可获得透明锆钛酸铅镧(PLZT)电光陶瓷.原母体材料PZT因存在孔隙,晶界相和各向异性,一般不透明,而La2O3加入使其微观结构趋于均匀一致,在很大程度上消除了孔隙,减弱了其各向异性,显著减少了晶界上多次折射所引起光散射和第二相所引起光散射,故PLZT具有良好透光性能.PLZT电光陶瓷存在着一次电光效应(波克尔效应),二次电光效应(克尔效应)以及光散射效应

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1.在PZT中添加稀土氧化物La2O3,即可获得透明锆钛酸铅镧(PLZT)电光陶瓷.原母体材料PZT因存在孔隙,晶界相和各向异性,一般不透明,而La2O3加入使其微观结构趋于均匀一致,在很大程度上消除了孔隙,减弱了其各向异性,显著减少了晶界上多次折射所引起光散射和第二相所引起光散射,故PLZT具有良好透光性能.PLZT电光陶瓷存在着一次电光效应(波克尔效应),二次电光效应(克尔效应)以及光散射效应和光学记忆效应,其中克尔效应应用最为普遍,如屏蔽核爆炸辐射护目镜,重型轰炸机窗口,光通信调制器,全息记录装置等.由于PLZT电光陶瓷具备利用电场改变其光学性质特点,它出现标志着陶瓷材料真正进入功能光学领域. 
2.压敏陶瓷
  中南工业大学研究了稀土元素对ZnO压敏陶瓷电性能影响,用稀土氧化物La2O3对ZnO压敏陶瓷进行掺杂后,其压敏电压VlmA值显著提高;而当掺杂量从0.1%增加到10%时,陶瓷非线性系数α值从20下降为1,基本无压敏性质.故对于ZnO陶瓷,低浓度稀土元素掺杂时可提高其压敏电压值,但对非线性系数影响不大;而高浓度掺杂时陶瓷则不呈现压敏特征.
3.气敏陶瓷
  从20世纪70年代开始,人们就在将稀土氧化物掺加到ZnO,SnO2及Fe2O3等气敏陶瓷材料中作用方面作了许多研究,并制得了ABO3型和A2BO4型稀土复合氧化物材料.有研究结果显示,在ZnO中加入稀土氧化物,可明显提高其对丙烯灵敏度;在SnO2中掺加CeO2,可得到对乙醇敏感烧结型元件.
  大连理工大学对在Fe2O3中掺加稀土氧化物RE2O3(RE=Nd,Sm,La)而获得REFeO3系列材料性能进行了研究,指出材料超微粒化是提高气敏元件灵敏度重要因素,且稀土元素不同,对材料微观形貌影响也有所不同,其中NdFeO3和SmFeO3粒度较小,LaFeO3粒度稍大.将所测REFeO3系列气敏元件在0.13%浓度不同气氛中进行分析,发现REFeO3系列材料对乙醇均有较高灵敏度,且其灵敏度高低顺序依次为NdFeO3﹥SmFeO3﹥LaFeO3,同时对汽油灵敏度较低,对其它气体几乎不反应,因此具有较强选择性.
4.热敏陶瓷
  钛酸钡(BaTiO3)是目前研究最多且应用最广热敏陶瓷.当在BaTiO3中掺加微量稀土元素如La,Ce,Sm,Dy,Y等时(摩尔原子分数控制为0.2%~0.3%),由于用与Ba2+半径相近RE3+取代了部分Ba2+,产生了多余正电荷,并通过Ti4+作用形成了弱束缚电子,故使陶瓷电阻率显著降低;但若掺杂量超过一定值(如掺杂La摩尔分数﹥0.35%),由于Ba2+空位形成和导电载流子消失,陶瓷电阻率反而急剧上升,甚至成为绝缘体. 
5.湿敏陶瓷
  在种类繁多湿敏陶瓷中,目前稀土掺加主要为镧及其氧化物,如Sr1-xLaxSnO3系,La2O3-TiO2系,La2O3-TiO2-V2O5系,Sr0.95La0.05SnO3及Pd0.91La0.09(Zr0.65Ti0.35)0.98O3-KH2PO3等.为了进一步提高湿度陶瓷灵敏度,在现性和稳定性,以增强其实用性,还需加强稀土掺加对陶瓷相关性能影响方面研究.
6.市场前景
  随着材料科学发展,近年来功能复合陶瓷备受关注,稀土掺杂在功能复合陶瓷开发研究方面也取得了较大进展.浙江大学陈昂等,采用常规功能陶瓷制备方法,将稀土超导陶瓷YBa2Cu3O7-x和铁电陶瓷BaTiO3复合,获得了铁电性与超导性共存YBa2Cu3O7-x- BaTiO3系复合功能陶瓷,其电导特性符合三维导电行为,并当YBa2Cu3O7-x含量较高时呈超导性.华中理工大学周东祥等研究指出,LaCoO3-SrCoO3系和LaCrO3- SrCrO3系复合功能陶瓷,可用作磁流体电机电极材料和气敏材料;而在NTC热敏复合材料NiMn2O4-LaCrO3陶瓷中,新化合物LaMnO3导电相决定着陶瓷主要性质.西安交通大学邹秦等通过用稀土离子Y3+,La3+对(Sr,Ca)TiO3掺杂,省去了原有用碱金属离子(Nb5+,Ta5+)涂覆并进行热扩散工艺,而且制得陶瓷材料致密度高,工艺性能良好,并保持了电阻率低(ρ为10-2Ω·cm量级),非线性高(非线性系数α﹥10)介电-压敏复合功能特性.
  智能陶瓷是指具有自诊断,自调整,自恢复,自转换等特点一类功能陶瓷.如前所述在锆钛酸铅(PZT)陶瓷中添加稀土镧而获得锆钛酸铅镧(PLZT)陶瓷,不但是一种优良电光陶瓷,而且因其具有形状记忆功能,即体现出形状自我恢复自调谐机制,故也是一种智能陶瓷.智能陶瓷材料概念提出,倡导了一种研制和设计陶瓷材料新理念,对拓宽稀土在近代功能陶瓷中应用极为有利.
  近年研究还表明,稀土在生物陶瓷,抗菌陶瓷等新型陶瓷材料中也有着独特作用.由于稀土元素可与银,锌,铜等过渡元素协同增效,开发稀土复合磷酸盐抗菌可使陶瓷表面产生大量羟基自由基,从而增强了陶瓷抗菌性能.
  我国是一个众所周知稀土资源大国,应进一步加强稀土掺杂对功能陶瓷性能影响研究和新型功能陶瓷开发力度,以充分发挥我国稀土资源优势,有效提升稀土在高科技材料中应用价值
 
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