新材料及其应用

本发明涉及本发明提出了一种三峡库区滑坡位移监测用钛酸钡压电材料的制备方法，属于多元无机复合材料的制备技术领域。本发明以二氧化钛、钡盐、氢氧化钠为原材料，在反应釜中制备BaTiO3；以CeO2为压峰剂，改善BaTiO3陶瓷的温度特性，同时抑制晶粒的异常长大，有效提高掺杂体系的介电常数；引入TiO2，降低BaTiO3体系的介电损耗，最终获得温度稳定的无铅TiO2/CeO2/BaTiO3复合压电材料。本方法易于实现、对设备要求低、成本低廉、易于批量生产、对环境友好，克服了传统压电陶瓷含铅、温度稳定性差和介电损耗大的缺点。

随着国际国内以“无铅化”的绿色市场为导向，寻求替代PZT系压电陶瓷的新材料和相关技术手段不断革新。为了克服PZT系压电陶瓷的缺点，一种无铅钙钛矿型BaTiO3基压电智能材料应运而生。单相的无铅钙钛矿型BaTiO3压电陶瓷具有介电常数高、介质损耗低、价格低廉等优点，但其温度稳定性非常差限制了它在压电传感器领域的应用。解决温度稳定性差的方法主要有两种：一是选择合适的压峰剂和改性成分，二者共同作用提高温度稳定性；二是通过控制材料的微观结构来提高压电陶瓷的温度稳定性。后者对设备要求高，难于调控合成具有特殊微观结构的压电陶瓷，因此，目前主要采用在单相压电材料中引入压峰剂和改性成分的方法来提高压电材料的温度稳定性。

研究表明，CeO2是一种优异的压峰剂，可有效改善陶瓷的温度特性，且可以抑制晶粒的异常长大，有效提高掺杂体系的介电常数。当在压电陶瓷中引入TiO2后，将降低体系的介电损耗。在MgO‑LiF体系中添加一定量的TiO2，体系的介电常数得到了大幅提高。通过将TiO2引入到CaO‑MgO‑SiO2体系，也观察到了类似的现象。基于上述分析可知，将TiO2和CeO2同时引入BaTiO3压电材料用于改善体系的介电常数和温度稳定性是可行的，但尚未有科研人员进行研究。因此，提出一种新颖的方法去合成无铅TiO2/CeO2/BaTiO3复合压电材料，结合该材料的压电效应利用压电声发射技术在三峡库区滑坡位移监测领域具有巨大的应用前景。

本发明优点在于：本发明P25 TiO2、钡盐、氢氧化钠为原材料，在带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中制备BaTiO3压电材料；按BaTiO3和TiO2不同质量比制备不同含量的TiO2/BaTiO3复合压电材料；按TiO2/BaTiO3复合压电材料和CeO2不同质量比制备不同含量的TiO2/CeO2/BaTiO3复合压电材料；该复合压电材料具有温度稳定性高、介电损耗低和易于批量生产、无铅对环境友好等优点，将其进行压片加工处理后，可用于三峡库区滑坡位移监测用压电传感器核心部件。以此制作的传感器具有空间占有率小、灵敏度高、便于小型化和集成化、节约资源和性能价格比高、变形量大、高电场作用不易产生蠕变特性和抗拉强度高等优点。