弛豫鐵電材料由于其優(yōu)異的機(jī)電和壓電性能,被普遍認(rèn)為是非常具有應(yīng)用前景的壓電材料。介電弛豫特性自弛豫鐵電體出現(xiàn)以來(lái)就成為了物理和材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。對(duì)于弛豫鐵電體弛豫特性的研究不僅可以探究弛豫鐵電體巨壓電性起源等重要的物理問(wèn)題,還可以對(duì)新型高性能壓電材料的研發(fā)起到借鑒作用。三元系弛豫鐵電材料Pb(In_(1/2)Nb_(1/2))O_3-Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3(PIN-PMN-PT)由于其優(yōu)異的機(jī)電性能以及高矯頑場(chǎng)E_c和高居里點(diǎn)T_C等特性,被認(rèn)為是一種非常適用于在大電場(chǎng)和高溫環(huán)境下工作的弛豫鐵電材料。但是,較低的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q_m和較高的介電損耗tanδ卻限制了PIN-PMN-PT在大功率器件中的應(yīng)用。為了克服PIN-PMN-PT低Q_m的劣勢(shì),Mn摻雜PIN-PMN-PT單晶被成功制備。Mn摻雜大幅提升了PIN-PMN-PT單晶的Q_m,使其更加適用于大功率器件的應(yīng)用。鑒于PIN-PMN-PT和Mn摻雜PIN-PMN-PT弛豫鐵電材料的應(yīng)用前景和研究現(xiàn)狀,本文從以下幾個(gè)方面對(duì)PIN-PMN-PT及其摻雜體系的介電弛豫特性、機(jī)電特性和缺陷偶極子動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。本文首先對(duì)PIN-47PMN-29PT單晶和PIN-PMN-34PT陶瓷的彌散相變和介電弛豫特性進(jìn)行了研究。通過(guò)Curie-Weiss定律擬合確定了PIN-47PMN-29PT單晶的PNRs存在的最高溫度T_B。利用Lorentz-type關(guān)系對(duì)PIN-47PMN-29PT單晶T_m以上的介電溫譜進(jìn)行擬合,得到了PIN-47PMN-29PT單晶的彌散因子δ(30 K)�；跇O化后PIN-47PMN-29PT單晶的介電溫譜和Vogel-Fulcher定律擬合結(jié)果,確定了PIN-47PMN-29PT單晶的PNRs熱激活行為凍結(jié)溫度T_f,并對(duì)其物理機(jī)制進(jìn)行了討論。發(fā)現(xiàn)三元系PIN-PMN-PT的彌散特性要強(qiáng)于同PT組分的二元系PMN-PT。以PIN-42PMN-34PT陶瓷作為研究對(duì)象,研究了A位Pr摻雜和B位Mn摻雜對(duì)鈣鈦礦型PIN-42PMN-34PT陶瓷的機(jī)電和介電弛豫特性的影響。研究結(jié)果顯示,Pr摻雜破壞了PIN-42PMN-34PT陶瓷的長(zhǎng)程有序鐵電態(tài)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致樣品的機(jī)電性能和居里點(diǎn)T_C出現(xiàn)下降。但是,Pr摻雜大幅提升了PIN-42PMN-34PT陶瓷的弛豫和彌散特性。另外,1.4-2 mol%Pr摻雜的PIN-42PMN-34PT陶瓷呈現(xiàn)出優(yōu)異的電致伸縮特性。1.7 mol%和2 mol%Pr摻雜PIN-42PMN-34PT陶瓷的電致伸縮系數(shù)Q_(33)約為0.03 m~4/C~2,且呈現(xiàn)出良好的溫度穩(wěn)定性。Mn摻雜導(dǎo)致PIN-42PMN-34PT陶瓷內(nèi)部缺陷偶極子的出現(xiàn),缺陷偶極子的“釘扎作用”使樣品的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q_m得到了大幅提升,可滿(mǎn)足大功率機(jī)電器件的應(yīng)用要求。另外,Mn摻雜提升了PIN-42PMN-34PT陶瓷B位陽(yáng)離子的無(wú)序程度,導(dǎo)致樣品的彌散特性得到提升�；贛n摻雜PIN-PMN-PT體系的內(nèi)偏場(chǎng)隨溫度和測(cè)試頻率的變化規(guī)律,研究了Mn摻雜PIN-PMN-PT體系缺陷偶極子的動(dòng)力學(xué)特性。結(jié)果表明,Mn摻雜PIN-PMN-PT體系的內(nèi)偏場(chǎng)與溫度呈現(xiàn)多項(xiàng)式函數(shù)的關(guān)系式。Mn摻雜PIN-PMN-PT體系的內(nèi)偏場(chǎng)與時(shí)間t(1/f)呈現(xiàn)指數(shù)函數(shù)形式的動(dòng)力學(xué)關(guān)系式。運(yùn)用氧空位隨溫度變化的概率性分布模型和缺陷偶極子隨頻率變化的弛豫模型分別對(duì)Mn摻雜PIN-PMN-PT體系內(nèi)偏場(chǎng)隨溫度和頻率的變化規(guī)律進(jìn)行了討論。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TB34
【部分圖文】：

第 1 章 緒 論35 年到 1940 年，磷酸二氫鉀(KDP)和磷酸二氫銨(ADP)兩種壓電材料成。由于以上兩種磷酸鹽的基本結(jié)構(gòu)是由磷酸鹽的四面體通過(guò)氫鍵成，因此 KDP 和 ADP 具有較強(qiáng)的壓電特性，KDP 和 ADP 的 d33分和 49pC/N。在 1945 年以前，基于壓電特性和性能穩(wěn)定性的綜合考慮代羅謝爾鹽成為制作超聲換能器的主要材料[12]。

-3-圖 1-2 壓電效應(yīng)示意圖: a)壓電效應(yīng) b)逆壓電效應(yīng)Fig. 1-2 Diagram of piezoelectric effect. a) direct piezoelectriceffect, b) converse piezoelectric effect 年左右，鈣鈦礦型鐵電體的出現(xiàn)成為了壓電材料發(fā)展的一個(gè)重的鈣鈦礦型鐵電體是鈦酸鋇(BaTiO3)陶瓷，其 d33達(dá)到了 190pC BaTiO3單晶被成功生長(zhǎng)，但是其 d33僅為 86pC/N，實(shí)際應(yīng)用價(jià)陶瓷[14]。由于 BaTiO3陶瓷優(yōu)異的壓電性能，在上世紀(jì) 40 年代

33陶瓷多領(lǐng)域的應(yīng)用，因此對(duì)于新型壓電材料的研發(fā)仍然非常急迫。上世紀(jì) 50 年代，一種具有里程碑意義的壓電材料鋯鈦酸鉛(PZT)被 Jaffe 等人發(fā)現(xiàn)[15]。由于 P瓷在準(zhǔn)同型相界(MPB)附近擁有優(yōu)異的介電和壓電性能，這使得 PZT 陶瓷很為了壓電材料領(lǐng)域的領(lǐng)軍者。另外，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的 PZT 陶瓷還可以進(jìn)行寬范組分調(diào)控和摻雜處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其宏觀性能的調(diào)控。例如可以用稀土離子對(duì)礦結(jié)構(gòu) PZT 陶瓷的 A 位 Pb2+離子進(jìn)行替換，也可以用“施主”和“受主”摻子對(duì)其 B 位陽(yáng)離子進(jìn)行替換。所謂的“施主”摻雜指的是高價(jià)態(tài)的摻雜離子晶格內(nèi)部原有的低價(jià)態(tài)離子，而“受主”摻雜指的是低價(jià)態(tài)的摻雜離子取代晶部原有的高價(jià)態(tài)離子�！笆苤鳌焙汀笆┲鳌睋诫s會(huì)導(dǎo)致鈣鈦礦結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)晶位，其中受主摻雜會(huì)導(dǎo)致晶格內(nèi)部出現(xiàn)氧空位，產(chǎn)生的氧空位會(huì)阻礙鐵電體的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而抑制鐵電體材料的壓電性能，因此受主摻雜也被稱(chēng)為“硬性摻雜主摻雜會(huì)導(dǎo)致晶格內(nèi)部鉛空位的出現(xiàn)，出現(xiàn)的鉛空位可以使鐵電體的疇壁運(yùn)得更加容易，進(jìn)而提升材料的壓電性能，因此施主摻雜也被稱(chēng)為“軟性摻雜 1-3 中給出了“硬性摻雜”和“軟性摻雜”P(pán)ZT 陶瓷的性能對(duì)比。
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 汪成聚,黃以能,何峻,王業(yè)寧;3種玻璃材料的介電弛豫譜[J];金屬學(xué)報(bào);2003年11期

2 魯勇軍，余玨;細(xì)胞和組織射頻介電弛豫特性分析[J];基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床;1995年03期

3 汪宏,Kamba S,張美玲,賈至達(dá),Liu Y,Petzelt J,姚熹;鉍基焦綠石陶瓷的結(jié)構(gòu)和微波介電弛豫研究[J];四川大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年S1期

4 趙孔雙,魏素香;介電弛豫譜方法對(duì)分子有序聚集體系研究的新進(jìn)展[J];自然科學(xué)進(jìn)展;2005年03期

5 曹萬(wàn)強(qiáng),肖忠模;介電弛豫的極值動(dòng)力學(xué)模型[J];湖北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1998年02期

6 SmithG,王晉;介電弛豫光譜學(xué)及其在藥學(xué)中的應(yīng)用[J];國(guó)外醫(yī)學(xué).藥學(xué)分冊(cè);1996年04期

7 崔光磊;劉磊;;C_(60)衍生物PCBM中的介電弛豫[J];安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年01期

8 陳震,趙孔雙,何廣平,陳炳稔;離子交換樹(shù)脂懸濁液的介電弛豫譜研究[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2004年02期

9 張興元,古川猛夫;偏氟乙烯/三氟乙烯鐵電共聚物的非晶介電弛豫[J];物理學(xué)報(bào);1993年08期

10 趙孔雙，花井哲也;平面結(jié)構(gòu)非均勻體系的介電馳豫─—組成相的數(shù)目與電導(dǎo)對(duì)弛豫的影響[J];電化學(xué);1995年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 戚旭東;鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛介電弛豫和機(jī)電特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

2 許琪;鈦酸鉍鈉基寬溫、儲(chǔ)能電介質(zhì)陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能研究[D];武漢理工大學(xué);2017年

3 劉巧麗;稀土及稀土/錳摻雜鈦酸鋇陶瓷的結(jié)構(gòu)和介電性質(zhì)[D];吉林大學(xué);2019年

4 劉軍偉;雙摻雜Ba（Sr）TiO_3陶瓷的極化機(jī)制與介電弛豫研究[D];吉林大學(xué);2019年

5 趙小剛;TiO_2基陶瓷的巨介電、磁介性能及其機(jī)理研究[D];陜西師范大學(xué);2017年

6 張?zhí)旄?鉛基鐵電材料氧空位相關(guān)的弛豫與鐵電儲(chǔ)能及電卡效應(yīng)研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2018年

7 梁朋飛;鈦酸銅釔基介電材料電性能調(diào)控及介電弛豫行為探究[D];陜西師范大學(xué);2015年

8 劉娟;Fe基單相室溫多鐵陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能[D];浙江大學(xué);2017年

9 楊帆;電流變液流變行為和結(jié)構(gòu)演化的模擬研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

10 慕春紅;鋇鐵氧體/介電復(fù)合磁電材料基礎(chǔ)研究[D];電子科技大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 黃心笛;稀土摻雜高介SrTiO_3基陶瓷的制備與改性研究[D];武漢理工大學(xué);2018年

2 閆樹(shù)浩;鋯鈦酸鋇基陶瓷應(yīng)力特征及介電弛豫性研究[D];華北理工大學(xué);2018年

3 陳鋒;鈦酸鋇基鐵電陶瓷的介電特性和高溫介電弛豫研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2016年

4 宋長(zhǎng)霖;K_2NiF_4結(jié)構(gòu)鎳酸鹽陶瓷的介電弛豫[D];浙江大學(xué);2010年

5 李昕;水與德拜液體二元混合溶液介電弛豫的研究[D];燕山大學(xué);2014年

6 黃先雄;鈦酸鉛基鐵電陶瓷的高溫介電弛豫與儲(chǔ)能特性[D];廣東工業(yè)大學(xué);2015年

7 薛晨;過(guò)渡金屬配位聚合物的合成、晶體結(jié)構(gòu)和介電性質(zhì)[D];安慶師范學(xué)院;2015年

8 曾卓瑋;BZN陶瓷結(jié)構(gòu)與性能研究[D];西華大學(xué);2014年

9 李洋;低頻下MRAlO_4型氧化物陶瓷的介電特性研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2017年

10 崔斯敏;TiO_2基巨電陶瓷的電學(xué)性能及其極化機(jī)制研究[D];深圳大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2890538