采用化學(xué)溶液分解法分別制備了鋯鈦酸鉛鑭（PLZT）(x/65/35,Pb_1-xLa_x(Zr_0.65Ti_0.35)O₃)單組分薄膜和PLZT梯度薄膜,研究了鑭摻雜對PLZT組分薄膜鐵電性能的影響。結(jié)果表明:PLZT單組分和梯度薄膜具有良好的鈣鈦礦結(jié)構(gòu),PLZT-123梯度薄膜比PLZT（2/65/35）單組分薄膜在（111）面具有更好的結(jié)晶性能。薄膜結(jié)構(gòu)致密無裂縫,與基片表面緊密結(jié)合,界面清晰,且表面平整,薄膜厚度均勻,約為400nm。薄膜的最佳摻鑭濃度為2%,PLZT（2/65/35）和PLZT-123薄膜表現(xiàn)出了良好的鐵電性能,它們的剩余極化強(qiáng)度為36.65μC/cm²和40.47μC/cm²。實驗表明摻鑭濃度對薄膜性能有著重要的影響,當(dāng)摻鑭濃度較低時,PLZT單組分和梯度薄膜具有良好的鐵電性能,而且平均摻鑭濃度相同的梯度薄膜比單組分薄膜具有更加優(yōu)異的鐵電性能。 

【文章來源】：化工新型材料. 2020,48(07)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

PLZT梯度薄膜的斷面SEM圖

不同摻鑭濃度下PLZT單組分薄膜的剩余極化強(qiáng)度和矯頑場的關(guān)系曲線見圖3。由圖可見，隨著摻鑭濃度的增加，PLZT薄膜的剩余極化強(qiáng)度出現(xiàn)先增加減低的趨勢，而薄膜的矯頑場值沒有呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律變化。當(dāng)摻鑭濃度為2%時，PLZT(2/65/35）單組分薄膜具有相對較大的剩余極化強(qiáng)度和較小的矯頑場，這主要是由于不同摻鑭濃度下PLZT薄膜具有不同的相結(jié)構(gòu)。當(dāng)Zr/Ti為65/35時，薄膜的摻鑭濃度較低時，隨鑭濃度的增加，薄膜的結(jié)構(gòu)由菱方鐵電相逐漸轉(zhuǎn)化為反鐵電相，此時薄膜的剩余極化強(qiáng)度逐漸減小。本實驗還研究了不同摻鑭濃度的鑭梯度薄膜的鐵電性能。表2為平均摻鑭濃度為2%、4%、6%和8%的PLZT-123、PLZT-246、PLZT-468和PLZT-6810梯度薄膜的鐵電參數(shù)。由表2可見，平均摻鑭濃度從2%增至8%時，梯度薄膜的剩余極化強(qiáng)度和矯頑場都出現(xiàn)逐漸減小的趨勢，摻鑭濃度平均為2%的PLZT-123梯度薄膜具有較大的剩余極化強(qiáng)度和矯頑場值，表現(xiàn)出優(yōu)異的鐵電性能，而摻鑭濃度平均為8%的PLZT-6810梯度薄膜表現(xiàn)出較差的鐵電性能。對比發(fā)現(xiàn)，PLZT單組分薄膜和梯度薄膜具有一致的鐵電性能，都是在摻鑭濃度較低時表現(xiàn)出優(yōu)異的鐵電性，具有較大的剩余極化強(qiáng)度。這說明隨著摻鑭濃度的增加，PLZT薄膜的剩余極化強(qiáng)度出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在摻鑭濃度較低時表現(xiàn)出優(yōu)異的鐵電性能，因此最佳摻鑭濃度為2%。

圖4為摻鑭濃度平均為2%、4%、6%和8%的單組分PLZT薄膜和梯度PLZT薄膜的電滯回線對比圖。由圖可見，平均摻鑭濃度為2%的PLZT(2/65/35）和PLZT-123薄膜的剩余極化強(qiáng)度分別為36.65μC/cm2、40.47μC/cm2，矯頑場分別為114.26kV/cm、223.98kV/cm;PLZT(4/65/35）和PLZT-246薄膜的剩余極化強(qiáng)度分別為24.11μC/cm2、32.27μC/cm2，矯頑場為102.03kV/cm、154.45kV/cm;PLZT(6/65/35）和PLZT-468薄膜的剩余極化強(qiáng)度為23.63μC/cm2、21.68μC/cm2，矯頑場為58.19kV/cm、92.55kV/cm;PLZT(8/65/35）和PLZT-6810薄膜的剩余極化強(qiáng)度為23.10μC/cm2、17.33μC/cm2，矯頑場為144.69kV/cm、97.97kV/cm。因此，當(dāng)摻鑭濃度為2%時，PLZT(2/65/35）單組分薄膜和PLZT-123梯度薄膜與其他單組分薄膜和梯度薄膜相比，具有較大的剩余極化強(qiáng)度，展現(xiàn)出了更好的鐵電性能。整體來看，當(dāng)平均摻鑭濃度為2%和4%時，PLZT-123梯度薄膜比PLZT(2/65/35）單組分薄膜展現(xiàn)出了優(yōu)異的鐵電性能，PLZT-246梯度薄膜比PLZT(4/65/35）單組分薄膜展現(xiàn)出了優(yōu)異的鐵電性能；當(dāng)平均摻鑭濃度為6%時，梯度薄膜和單組分薄膜的鐵電參數(shù)非常相近；當(dāng)平均摻鑭濃度為8%時，單組分薄膜比梯度薄膜表現(xiàn)出了良好的鐵電性能。這是由于摻鑭濃度為2%和4%時，薄膜處于菱方鐵電相區(qū)，在此相區(qū)內(nèi)薄膜具有較大的剩余極化強(qiáng)度，表現(xiàn)出良好的鐵電性能，而且梯度薄膜的各組分會產(chǎn)生薄膜層間的界面相互擴(kuò)散，使薄膜的結(jié)構(gòu)呈梯度變化，減小了薄膜內(nèi)部的應(yīng)力，提高了鐵電性能；摻鑭濃度為6%的PLZT薄膜結(jié)構(gòu)中存在菱方鐵電相和反鐵電相兩種結(jié)構(gòu)，反鐵電相結(jié)構(gòu)的薄膜具有較小的剩余極化強(qiáng)度，它的存在會使PLZT薄膜的鐵電性能受到制約，最終導(dǎo)致單組分和梯度薄膜具有相近的鐵電性；摻鑭濃度為8%的梯度薄膜比單組分薄膜存在更多的反鐵電相結(jié)構(gòu)，因此PLZT-6810梯度薄膜表現(xiàn)出較差的鐵電性。

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]梯度鐵電薄膜的熱力學(xué)性質(zhì)研究[D]. 曹海霞.蘇州大學(xué) 2005



本文編號：3302214