【摘要】：鐵電多晶材料具有優(yōu)良的多場(chǎng)耦合性能,故被廣泛應(yīng)用于傳感器、存儲(chǔ)器、能量轉(zhuǎn)換器等功能器件中。鐵電多晶材料中晶粒尺寸不僅影響晶粒內(nèi)部的疇結(jié)構(gòu)分布,而且對(duì)其多場(chǎng)耦合性能的影響也很大。本文利用實(shí)空間下的相場(chǎng)模型,研究了晶粒尺寸對(duì)鐵電多晶材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)、力電耦合特性、電卡效應(yīng)以及對(duì)鐵電鐵磁復(fù)合材料磁電耦合效應(yīng)的影響。首先,本文研究了晶粒尺寸對(duì)鐵電多晶材料的鐵電性、介電性和壓電性的影響。研究結(jié)果表明,鐵電多晶體中的剩余極化,矯頑場(chǎng)和介電常數(shù)隨晶粒尺寸的增加而單調(diào)遞增;壓電系數(shù)則隨晶粒尺寸的增加而先增加后降低。同時(shí),論文從晶粒內(nèi)部微結(jié)構(gòu)角度對(duì)隨晶粒尺寸非單調(diào)變化的壓電特性進(jìn)行了分析,給出其隨晶粒尺寸變化的內(nèi)在機(jī)理。其次,研究了晶粒尺寸對(duì)鐵電多晶材料電卡效應(yīng)的影響。結(jié)果表明,在一定的溫度和尺寸范圍內(nèi),鐵電材料的最大絕熱溫變值隨晶粒尺寸增加而逐漸增加。與此同時(shí),最大絕熱溫變處對(duì)應(yīng)的溫度隨晶粒尺寸減小而降低,從而可以在更接近室溫的條件下獲得較大的絕熱溫變。對(duì)于含不同晶粒尺寸的鐵電材料,結(jié)合相變溫度點(diǎn)附近的晶粒內(nèi)部疇結(jié)構(gòu),從微結(jié)構(gòu)角度對(duì)絕熱溫變隨晶粒尺寸變化的現(xiàn)象進(jìn)行解釋。最后,基于實(shí)空間下鐵電鐵磁復(fù)合材料的相場(chǎng)模型,研究了晶粒尺寸對(duì)磁電復(fù)合材料中磁電耦合系數(shù)的影響,并結(jié)合鐵電鐵磁兩相材料晶粒內(nèi)部的疇結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)理分析。結(jié)果表明,磁電耦合系數(shù)隨晶粒尺寸的增加而先增加后逐漸降低。只有在適當(dāng)?shù)木Я３叽绶秶鷥?nèi),磁電耦合系數(shù)才會(huì)大大增加。論文的研究結(jié)論為選取合適的晶粒尺寸以獲得多晶鐵電材料優(yōu)異的多場(chǎng)耦合性能提供了一定的理論基礎(chǔ)。
[Abstract]:Ferroelectric polycrystalline materials are widely used in sensors, memory devices, energy converters and other devices because of their excellent multi-field coupling properties. The grain size in ferroelectric polycrystalline materials not only affects the domain structure distribution in the grains, but also has a great influence on their multi-field coupling properties. The effects of grain size on the microstructure, mechanical-electrical coupling properties, electric-card effect and magnetoelectric coupling effect of ferroelectric polycrystalline materials were investigated. Firstly, the effects of grain size on the ferroelectric, dielectric and piezoelectric properties of ferroelectric polycrystalline materials were studied. The coercive field and dielectric constant monotonically increase with the increase of grain size, while the piezoelectric coefficient increases first and then decreases with the increase of grain size. At the same time, the piezoelectric characteristics with non-monotonic change of grain size are analyzed from the angle of grain internal microstructure, and the internal mechanism of the change with grain size is given. Secondly, the grain size is studied. The results show that the maximum adiabatic temperature change of ferroelectric materials increases with the increase of grain size in a certain range of temperature and size, and the corresponding temperature decreases with the decrease of grain size, so that the maximum adiabatic temperature change can be obtained at room temperature. For ferroelectric materials with different grain sizes, the change of adiabatic temperature with grain size is explained from the point of view of microstructure by combining with the domain structure in the grain near the transformation temperature point. Finally, based on the phase field model of ferroelectric ferromagnetic composites in real space, the effect of grain size on magnetoelectric composites is studied. The results show that the magnetoelectric coupling coefficient increases first and then decreases gradually with the increase of grain size. The magnetoelectric coupling coefficient will increase greatly only in the proper grain size range. It provides a theoretical basis for selecting appropriate grain size to obtain excellent Multifield Coupling Properties of polycrystalline ferroelectric materials.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TM221

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本文編號(hào)：2220522