電場的變化使得鐵電材料內(nèi)部偶極子的有序度改變,從而發(fā)生絕熱溫度變化,從而可以用于制冷。相對于塊體材料,鐵電薄膜可以承受更大擊穿電場從而獲得更大的絕熱溫變。優(yōu)異的電熱效應(yīng)響應(yīng)通常發(fā)生在相界附近,而鐵電薄膜與基底之間的晶格失配應(yīng)變會影響鐵電薄膜相結(jié)構(gòu)和相界,這為通過失配應(yīng)變改善鐵電薄膜材料的電熱效應(yīng)響應(yīng)提供了機遇。但在電熱效應(yīng)理論研究中失配應(yīng)變的取值通常是任意假設(shè)的,并沒有考慮其失配應(yīng)變的真正來源。為此,本文基于熱力學(xué)理論,結(jié)合熵分析方法,以Pb(Zr_1-xTi_x)O₃（PZT）薄膜為材料對象,通過考慮失配應(yīng)變的來源,研究了基底和膜厚所致失配應(yīng)變對鐵電薄膜電熱效應(yīng)的影響,主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:（1）基于熱力學(xué)唯象理論,研究了外加電場方向、面內(nèi)失配正應(yīng)變、面內(nèi)失配剪應(yīng)變對PZT薄膜電熱效應(yīng)的影響。結(jié)果表明失配應(yīng)變使得鐵電材料展現(xiàn)出更多的相結(jié)構(gòu),面內(nèi)剪切應(yīng)變影響著面內(nèi)極化方向的組合,且較強的電熱效應(yīng)一般存在于相界附近。當施加[001]電場時,在面內(nèi)失配正應(yīng)變的作用下,富含Ti的PZT薄膜在正交-單斜相界處有較強的正電熱效應(yīng)響應(yīng)... 

【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鐵電材料鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖

湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文2體中心位置的B則為鈦原子，六個面心位置是O原子，是典型的含氧八面體結(jié)構(gòu)。圖1.1鐵電材料鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖圖1.1中的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)在外溫度嘗力嘗電場下可能發(fā)生對稱性變化，進而引起其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這類現(xiàn)象被稱為“鐵電相變”。通常當溫度高于某一溫度時，此時材料的自發(fā)極化消失，呈現(xiàn)出順電相；而當溫度低于這一溫度時，自發(fā)極化出現(xiàn)使得其呈現(xiàn)鐵電相，這一臨界溫度被稱為居里溫度。圖1.2BaTiO3晶體相結(jié)構(gòu)隨溫度的變化示意圖以BaTiO3晶體為例，其相結(jié)構(gòu)隨溫度的變化如圖1.2所示。當溫度低于120℃（鈦酸鋇的居里溫度）時，此時鈦酸鋇結(jié)構(gòu)中的原子發(fā)生位移變化，即會產(chǎn)生四方相、正交相、六方相等結(jié)構(gòu)，這些相具有鐵電性，被稱為鐵電相。當施加的溫度處于5℃~120℃之間時，此時鈦原子會沿著晶胞四重軸的方向發(fā)生移動，從而形成四方相；當溫度處于-90℃~5℃之間時，鈦原子會沿著二重軸方向移動，從而形成正交相；當溫度低于-90℃時，鈦原子由于沿著三重軸方向發(fā)生移動，從而形成六方相。而高于120℃時，此時鈦酸鋇結(jié)構(gòu)中的原子高度對稱性，呈現(xiàn)電荷中性，被稱為立方相結(jié)構(gòu)，即順電相。一般相結(jié)構(gòu)不同的鐵電材料，其性能不同，尤其相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換過程中，性能將可能呈現(xiàn)異常特征[24-26]。

第1章緒論31.1.3鐵電材料的特性及應(yīng)用鐵電材料既是一類電介質(zhì)材料，也是一類壓電材料，還屬于熱釋電材料。這幾類材料的關(guān)系如圖1.3所示。鐵電材料的這些多種特性并存的特點使得鐵電材料在很多領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用，比如計算機存儲、電子器件等等。圖1.3鐵電體與電介質(zhì)、壓電體、熱釋電體的關(guān)系圖(1)鐵電性鐵電材料具有鐵電性。鐵電性主要指在一定的溫度范圍內(nèi)，鐵電晶胞中的正、負電荷中心不重合，導(dǎo)致在沒有電場作用下有電偶極矩的存在，進而產(chǎn)生自發(fā)極化。自發(fā)極化在電場的作用下可以發(fā)生翻轉(zhuǎn)[27,28]，這可以在電滯回線中得以體現(xiàn)，如圖1.4所示。圖1.4中電滯回線的縱坐標P為鐵電體的極化強度，橫坐標為電常圖1.4中O點代表材料未經(jīng)過極化，因此其內(nèi)部的偶極子隨機排列，整體宏觀極化為零。當晶體受到外電場的作用時，極化強度的變化如圖1.4的OB曲線，即隨著電場強度的的增大而增大；當電場強度達到一定值時，即B點處，此時極化的方向與電場方向保持一致且極化強度也達到最大值，達到飽和狀態(tài)；隨后，當電場減小時，極化強度也相應(yīng)變小，但當電場強度減小到0時，晶體的極化強度為Pr非零，該極化強度被稱為剩余極化強度。隨后，對晶體施加相反方向的電場時，極化強度隨著反向電場的增大而逐漸減小，當極化強度減小到0時，此時所對應(yīng)的電場被稱為矯頑場Ec，即D點；繼續(xù)增大反向電場，此時極化強度也隨之增大且其方向與反向電場方向保持一致，如曲線DF；當反向電場增加到一定值時，極化強度會反向達到飽和。最后，逐漸撤除反向電場，并再次施加正向電場，便可得到圖1.4中的電滯回線。鐵電性使得鐵電材料在存儲器等領(lǐng)域中有巨大的應(yīng)用前景[29-31]。


本文編號：3122454