一、成果名称
高性能无铅压电材料设计与开发
二、项目介绍
1.详情
本项目研究主要集中在钛酸钡（简写 BT）基（包括 BHT-BCT、BZT-BCT、BST-BCT 三种材料）高性能无铅压电陶瓷的设计与开发。技术上，突破了传统BT 基无铅压电陶瓷长期受限于压电性能和温度稳定性的瓶颈，材料居里温度明显提高，整体压电性能远超市面上产业化较多的 KNN 基无铅压电陶瓷，部分指标与含铅压电陶瓷的性能指标相当。本项目生产成本存在巨大优势，无需采购专用设备，使用传统固相法即可大批量制备，材料采购费用仅为 KNN 基无铅压电材料的 1/9。项目团队设计研发的 BT 基无铅压电陶瓷在技术端实现突破，将 BT基无铅压电陶瓷产业化变为可能。
2.关键技术
项目团队掌握高性能 BT 基无铅压电陶瓷粉体制造与烧结关键技术，所研制材料易于制备，工艺稳定性高。烧结工艺采用传统固相法不需要更换现有设备。高温烧结过程中，原料不易挥发，不需要附加保护气氛，可有效降低成本。本技术的优势在于：
1、性能优势，突破传统 BT 基无铅压电陶瓷性能瓶颈，材料具有超高压电性能和温度稳定性。项目团队研发的 BT 基无铅压电陶压电系数可达 530-620pC/N，与含铅压电陶瓷指标相当，KNN 基无铅压电陶瓷仅为 350-390pC/N;15-70℃工况下，项目团队研发的 BT 基无铅压电陶压电系数保守估计不低于 400pC/N。项目材料相对介电常数为 2500-3000，而含铅压电陶瓷的相对介电常数为 1500-2000，KNN 基无铅压电陶瓷仅为 1000 左右。
2、成本优势，现产业化的 KNN 基无铅压电陶瓷原材料价格较高且需要一定保存条件，陶瓷烧结条件严苛，需要采购专业设备。与之相比，BT 基无铅压电陶瓷原材料价格更低，不受空气湿度影响，对存储环境没有要求。设备不变的情况下，核算实验室生产厚度 1mm，直径 8mm 的 KNN 基无铅压电陶瓷片所需的化学药品原材料成本为 81 元/100g，BT 基无铅压电陶瓷片的材料成本为 9 元/100g，仅为生产 KNN 基材料成本的 1/9，投产后项目材料成本还将继续降低。
3.市场前景及应用
压电材料是深入到现代社会各个层面的重要功能材料。5G 通信、个人语音助手、可穿戴设备、指纹识别和医疗设备都是压电器件的潜在热门应用。据麦姆斯咨询报道，2019 年全球压电器件市场规模为 1935 亿元人民币，预计 2024 年将增长至 3320 亿元人民币，2019 至 2024 年期间的复合年增长率为 11.4%。国内多个研究团队已经证实无铅压电陶瓷可应用于超声测厚、测距、工业探伤、超声换能器、超声雾化器等领域。仅以超声雾化器领域为例，无铅压电陶瓷由于其安全性高，有望广泛应用于电子烟超声雾化芯、便携式医疗雾化器（大健康方向）以及厨房超声清洁等多种设备。项目团队研发的 BT 基无铅压电陶瓷的原材料成本是 KNN 基无铅压电陶瓷的 1/9，兼顾设备因素、生产条件，未来无铅压电陶瓷全面推广后，保守估计 BT基无铅压电陶瓷的市场份额在 80%以上。
4.技术成熟度：原理样机
5.合作方式：面议
6.负责人：周超
