【摘要】：本文采用溶膠凝膠法制備PZT薄膜,研究薄膜的改性工藝及其在微執(zhí)行器中的應用,表征改性后薄膜的晶向、微觀結構、介電、鐵電、抗疲勞和振動性能。通過研究緩沖層工藝和摻雜改性工藝對PZT薄膜生長的影響,探討PZT緩沖層引導生長機理和摻雜改性機理。全文包括以下三個部分:(1)研究PbTi O_3緩沖層和不同鉛含量的PZT緩沖層對PZT薄膜生長的影響。制備含PbTi O_3緩沖層的PZT薄膜,其性能測試結果表明,(100)晶向的PbTiO_3緩沖層引導PZT薄膜的(100)擇優(yōu)取向生長,提高薄膜的(100)晶向峰強,有利于PZT薄膜形成致密的柱狀鈣鈦礦結構。PbTi O_3緩沖層使PZT薄膜的介電常數(shù)和介電損耗增大。制備含鉛過量10%~30%PZT緩沖層的PZT薄膜,其性能測試結果表明,所有薄膜均呈現(xiàn)為(100)擇優(yōu)取向的致密鈣鈦礦結構,PZT薄膜的(100)取向度隨緩沖層中鉛含量的增加而增大。緩沖層中鉛過量25%時,PZT薄膜的介電常數(shù)最大,達到1571(100 Hz);緩沖層中鉛過量15%時,薄膜的剩余極化強度最大,矯頑場強最小,抗疲勞性能最強。(2)研究Nb和Nd摻雜對PZT薄膜生長的影響及熱解膜厚度對Nd摻雜PZTNd薄膜生長的影響。制備Nb摻雜濃度0%~5%的PZTNb薄膜,其性能測試結果表明,摻雜濃度為1%~4%的PZTNb薄膜均呈現(xiàn)為(100)擇優(yōu)取向的致密鈣鈦礦結構。Nb摻雜2%的薄膜(100)取向度最高,達到80.3%。Nb摻雜4%的薄膜晶粒尺寸明顯增大,且介電常數(shù)最大,達到1412.8(100 Hz),比不摻雜薄膜提高46.9%。Nb摻雜2%的薄膜抗疲勞性能得到明顯改善,且剩余極化強度最大,達到14.5μC/cm~2,比不摻雜薄膜提高46.5%。制備Nd摻雜濃度0%~5%且熱解膜厚度不同的PZTNd薄膜,其性能測試結果表明,熱解膜厚度較薄時,PZTNd薄膜的結晶更充分,且不同摻雜濃度的PZTNd薄膜(100)晶向發(fā)生峰移現(xiàn)象。較厚熱解膜厚度的薄膜(100)晶向峰強隨摻雜濃度的增大逐漸減弱。較薄熱解膜厚度薄膜的晶粒尺寸隨摻雜濃度的增大而減小。摻雜2%的較薄熱解膜厚度的PZTNd薄膜介電常數(shù)最大,抗疲勞性能最強。摻雜1%的較厚熱解膜厚度的PZTNd薄膜剩余極化強度最大,達到20.9μC/cm~2,比不摻雜薄膜提高62.0%。(3)制作PZT壓電微執(zhí)行器并表征其振動性能。采用MEMS工藝制作壓電微執(zhí)行器,使用激光多普勒振動測試系統(tǒng)表征微執(zhí)行器的振動性能。實驗結果表明,緩沖層工藝和摻雜改性均可提高薄膜的振幅;制備的PZT薄膜驅(qū)動壓電式噴墨打印頭噴射液滴。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.2;TH-39

【參考文獻】

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本文編號：2719604