本文關(guān)鍵詞：NBT基無鉛薄膜的壓電和儲能性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：壓電材料被廣泛應(yīng)用于壓電致動器、傳感器和轉(zhuǎn)換器中,尤其是壓電薄膜以高的使用頻率、大的可利用的能量密度、寬范圍內(nèi)的高敏感性和低損耗等優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)中。Na0.5Bi0.5TiO3(NBT)基無鉛壓電材料以其良好的鐵電和熱釋電性能成為目前最受重視的無鉛壓電材料之一。眾所周知,有效提高壓電性能辦法是設(shè)計準(zhǔn)同型相界(MPB),成分誘發(fā)相變。所以,本文通過溶膠凝膠法制備了摻雜BaTiO3(BT)的(1-x)NBT-xBT薄膜,設(shè)計準(zhǔn)同型相界,研究MPB附近成分對壓電效應(yīng)的影響。此外,在NBT中摻雜25%的SaTiO3(ST)時,退極化溫度降低到室溫左右,弛豫鐵電相與鐵電相共存。且在NBT中摻雜BT和ST可以降低剩余極化強度和增大極化強度,有利于提高儲能密度。所以本文研究了0.94NBT-0.06BT薄膜和0.75NBT-0.25ST薄膜的儲能性能。通過X射線衍射、原子力顯微鏡和掃描電鏡分別對未添加種子層的0.94NBT-0.06BT薄膜、基于Pb0.8La0.1Ca0.1Ti0.975O3(PLCT)種子層且成分處于MPB區(qū)的0.94NBT-0.06BT薄膜和帶有PLCT種子層的0.75NBT-0.25ST薄膜在不同晶化溫度下的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,種子層的加入降低了結(jié)晶溫度,隨著晶化溫度的升高,薄膜晶面間距減小,薄膜受到面內(nèi)拉應(yīng)力。通過表面形貌分析薄膜的晶粒尺寸和粗糙度都隨晶化溫度的升高而升高。通過對薄膜漏電流的分析,得出種子層使得漏電流減小,低溫晶化減少了薄膜的缺陷也使得漏電流降低。利用壓電力原子顯微鏡(PFM)對MPB附近不同成分的PLCT/(1-x)NBT-x BT薄膜的疇結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,由電疇圖得出整體的電疇的分布是不規(guī)律的,極化方向相反的電疇的邊界是呈波浪形的和擴散的,為了進(jìn)一步研究疇結(jié)構(gòu),對電疇圖進(jìn)行自相關(guān)分析,得到平均電疇尺寸(ξ),當(dāng)x=0.07時薄膜疇尺寸最小,x=0.05時薄膜的疇尺寸最大。PLCT/0.93NBT-0.07BT展示出了優(yōu)異的室溫壓電性能,d33最大,為123 pm/V。利用電滯回線計算薄膜的儲能密度,研究了晶化溫度和種子層對儲能密度的影響。通過添加種子層減小的漏電流,提高了0.94NBT-0.06BT薄膜的擊穿場強,晶化溫度為450℃的PLCT/0.94NBT-0.06BT的薄膜在擊穿場強3359.13 kV/cm時儲能密度達(dá)到了17.63 J/cm3。此外,對于PLCT/0.75NBT-0.25ST薄膜在晶化溫度為500℃時儲能密度能達(dá)到19.6 J/cm3。
【關(guān)鍵詞】：NBT基薄膜 儲能性能 壓電性能
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題背景及研究目的與意義9-10
• 1.2 壓電效應(yīng)及其研究進(jìn)展10-14
• 1.2.1 壓電效應(yīng)基本概念10-11
• 1.2.2 鈦酸鉍鈉基壓電材料的研究進(jìn)展11-14
• 1.2.3 存在問題14
• 1.3 電介質(zhì)儲能及研究進(jìn)展14-17
• 1.3.1 電介質(zhì)儲能原理14-15
• 1.3.2 鈦酸鉍鈉基儲能材料的研究進(jìn)展15-17
• 1.3.3 存在問題17
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 實驗材料及研究方法19-24
• 2.1 實驗原料及薄膜制備19-21
• 2.1.1 實驗原料19
• 2.1.2 薄膜的制備19-21
• 2.2 頂電極的制備21
• 2.3 薄膜測試方法21-24
• 2.3.1 物相及成分分析21-22
• 2.3.2 表面粗糙度及顯微組織觀察22
• 2.3.3 薄膜表面電疇分析22
• 2.3.4 電性能測試與分析22-24
• 第3章 NBT基薄膜微觀結(jié)構(gòu)與漏電行為研究24-37
• 3.1 引言24
• 3.2 未添加種子層 0.94NBT-0.06BT薄膜的微觀結(jié)構(gòu)24-27
• 3.2.1 0.94NBT-0.06BT薄膜的XRD分析24-25
• 3.2.2 0.94NBT-0.06BT薄膜的表面形貌25-27
• 3.3 0.94NBT-0.06BT薄膜的漏電行為27-28
• 3.4 基于PLCT種子層的 0.94NBT-0.06BT薄膜微觀結(jié)構(gòu)28-31
• 3.4.1 PLCT/0.94NBT-0.06BT薄膜的XRD分析28-30
• 3.4.2 PLCT/0.94NBT-0.06BT薄膜的表面形貌30-31
• 3.5 PLCT/0.94NBT-0.06BT薄膜的漏電行為31-32
• 3.6 基于PLCT種子層的 0.75NBT-0.25ST薄膜微觀結(jié)構(gòu)32-35
• 3.6.1 PLCT/0.75NBT-0.25ST薄膜的XRD分析32-33
• 3.6.2 PLCT/0.75NBT-0.25ST薄膜的表面形貌33-35
• 3.7 PLCT/0.75NBT-0.25ST薄膜的漏電行為35
• 3.8 本章小結(jié)35-37
• 第4章NBT-BT薄膜的壓電性能研究37-48
• 4.1 引言37-38
• 4.2 基于PLCT種子層的(1-x)NBT-x BT薄膜準(zhǔn)同型相調(diào)控38-41
• 4.2.1 PLCT/(1-x)NBT-x BT薄膜的XRD分析38-39
• 4.2.2 PLCT/(1-x)NBT-x BT薄膜的表面形貌39-41
• 4.3 基于PLCT種子層的(1-x)NBT-x BT薄膜疇結(jié)構(gòu)41-45
• 4.3.1 PLCT/(1-x)NBT-x BT薄膜疇結(jié)構(gòu)41-42
• 4.3.2 PLCT/(1-x)NBT-x BT薄膜疇結(jié)構(gòu)自相關(guān)分析42-45
• 4.4 基于PLCT種子層的(1-x)NBT-x BT薄膜壓電性能45-47
• 4.4.1 不同晶化溫度下PLCT/0.94NBT-0.06BT薄膜壓電性能45-46
• 4.4.2 PLCT/(1-x)NBT-x BT薄膜壓電性能46-47
• 4.5 本章小結(jié)47-48
• 第5章 NBT基薄膜的儲能性能研究48-62
• 5.1 引言48
• 5.2 未添加種子層 0.94NBT-0.06BT薄膜的儲能性能48-52
• 5.2.1 0.94NBT-0.06BT薄膜鐵電分析48-50
• 5.2.2 0.94NBT-0.06BT薄膜介電分析50-51
• 5.2.3 0.94NBT-0.06BT薄膜儲能性能分析51-52
• 5.3 基于PLCT種子層的 0.94NBT-0.06BT薄膜的儲能性能52-57
• 5.3.1 PLCT/0.94NBT-0.06BT薄膜鐵電分析52-54
• 5.3.2 PLCT/0.94NBT-0.06BT薄膜介電性能54-55
• 5.3.3 PLCT/0.94NBT-0.06BT薄膜儲能性能55-57
• 5.4 基于PLCT種子層的 0.75NBT-0.25ST薄膜的儲能性能57-60
• 5.4.1 PLCT/0.75NBT-0.25ST薄膜鐵電性能57-59
• 5.4.2 PLCT/0.75NBT-0.25ST薄膜介電性能59
• 5.4.3 PLCT/0.75NBT-0.25ST薄膜儲能性能59-60
• 5.5 本章小結(jié)60-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果67-69
• 致謝69

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