中文摘要：

锆钛酸铅(PZT)纤维增韧复合压电功能陶瓷韧性高、阻抗低、通过调整纤维复合数量可以灵活改变材料的压电、铁电性能，是铁电存储器、微型压电驱动器、高频超声传感器等领域理想的应用材料。但是由于PZT陶瓷纤维脆性强，极易断裂，使得难以制备PZT纤维复合陶瓷，因此阻碍了其广泛应用。针对这一问题，本课题利用量子化学计算PZT前驱体分子结构，研究PZT前驱体反应的热力学过程、影响前驱体链式分子结构的动力学因素。利用计算机辅助设计，进行合成工艺参数的优化和性能的预报与寻优，实现材料组成、结构与性能的综合物理设计，从而获得高强、致密、满足应用要求、性能优异的PZT功能陶瓷纤维。通过解剖纤维，研究纤维微观结构对其电学性能的影响。在此基础上，进一步研制PZT纤维复合功能材料，利用有限元分析研究纤维复合对材料结构、性能的影响，为其广泛应用奠定理论基础。

结论摘要：

PZT纤维脆性大，容易断裂。本项目通过改性制备出长度、强度满足要求的PZT纤维，进而合成出PZT纤维复合压电陶瓷。利用FTIR、GC-MS、液－固13CNMR等手段计算了PZT前驱体分子结构，5500C热处理后获得纯钙钛矿相的PZT纤维，系统地研究了复合酸度剂对PZT纤维强度的影响；利用组装铁电性能测试装置，对单根PZT纤维进行性能测试，观察到电畴现象，说明单根PZT纤维具有铁电性能；系统测量了PZT纤维复合压电陶瓷的压电性能，介电常数介于525～545之间，剩余极化强度只有25uC/cm2，低于块体PZT压电陶瓷，主要是因为PZT纤维复合困难、PZT纤维密度低、分布不均匀，导致漏导大。由于环境保护的要求，含铅的PZT材料必然被无铅压电陶瓷取代，因为本项目又进行了无铅压电陶瓷合成的探索性试验。利用水热法合成了一系列Bi0.5Na0.5TiO3、KxNa1-x NbO3、Ta2O5掺杂KxNa1-x NbO3无铅压电陶瓷，系统地研究了其显微形貌与压电性能的关系。结果表明Ta2O5掺杂KxNa1-x NbO3无铅压电陶瓷，d33达到210pC/N，接近国际先进水平。