【摘要】：缺陷是晶體材料中常見的一種狀態(tài),材料中最具有代表性的缺陷是氧空位(OVs)。OVs作為一種自摻雜(施主或者受主)對于材料的電學(xué)特性,尤其是介電性能起著舉足輕重的影響。在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電陶瓷材料中,尤其是含鉛的陶瓷的制備過程中,OVs的產(chǎn)生是無法避免的,氧缺陷在功能材料的電學(xué)特性中扮演著重要角色(如:鐵磁性能、介電弛豫特性、阻變特性、光伏效應(yīng)等)。在高溫區(qū)域,OVs誘導(dǎo)介電弛豫特性是鐵電材料最顯著的特性之一。同時,OVs的存在也會影響材料的鐵電特性(如:鐵電釘扎現(xiàn)象),進而對鐵電材料儲能特性與電卡效應(yīng)也有著重要影響。(1)采取高溫固相法制備了(Pb,Ba)ZrO3(PBZ)和(Pb,Ba)(Zr,Ti)O3(PBZT)系列陶瓷,研究了 PBZ和PBZT系列陶瓷的介電相變與高溫介電弛豫特性,并結(jié)合阻抗分析技術(shù)對陶瓷的高溫介電弛豫現(xiàn)象進行研究。得出結(jié)論:Ba含量的增加會降低PBZ和PBZT系列陶瓷FE-PE相變溫度,由于鉛不可避免的揮發(fā),因此鉛基陶瓷在高溫?zé)Y(jié)的過程中會產(chǎn)生氧空位(OVs)等缺陷,在高溫區(qū)域,OVs將獲得足夠的能量而產(chǎn)生躍遷行為,進而出現(xiàn)高溫介電弛豫現(xiàn)象。結(jié)合電導(dǎo)擬合計算結(jié)果,研究表明OVs的短程躍遷會導(dǎo)致高溫介電弛豫行為,而雙電離OVs的長程躍遷行為會增加材料的導(dǎo)電特性。(2)研究了 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)、PbZrO3-SrTiO3(PSZT)陶瓷和PbZrO3(PZ)薄膜的弛豫相變、鐵電儲能等電學(xué)性能。PMN-PT和PSZT陶瓷均表現(xiàn)出明顯的彌散相變行為。通過對PMN-PT和PSZT陶瓷鐵電電滯回線進行擬合計算,得到了其室溫下的最大儲能密度分別是0.47和0.46 J/cm3。同時隨著電場強度的增加,儲能密度和能量損耗密度會呈現(xiàn)出明顯的增加趨勢;隨著溫度的增加,PSZT陶瓷儲能密度和損耗密度則呈現(xiàn)出減少的趨勢,儲能效率基本保持不變。對于PZ薄膜,研究了 PbZrO3薄膜的鐵電特性以及介電調(diào)諧特性,我們在3層厚度的PbZrO3薄膜中觀察到了 AFE雙電滯回線曲線,其儲能密度約25.25 J/cm3,儲能效率約為62%。(3)研究了 0.76Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.24PbTiO3(PMN-24PT)單晶和(Pb,La)TiO3(PLT)陶瓷的弛豫行為及電卡特性。我們通過理論計算研究了 PMN-24PT單晶不同溫度下的介電相變與鐵電特性,根據(jù)麥克斯韋關(guān)系理論計算得到PMN-24PT單晶最大的電卡效應(yīng)(絕熱溫變AT)為0.8 K。對于PLT陶瓷的,我們采取理論與實驗相結(jié)合的手段開展,我們通過理論計算得到的PLT20陶瓷的電卡效應(yīng)最大值約1.67K,與此同時,我們的直接測試結(jié)果也顯示最大值是1.67K,理論結(jié)果與實驗結(jié)果十分接近。(4)研究了 Nb摻雜SrTiO3(Nb:STO)單晶的阻變特性。結(jié)果表明:1、當選取兩個不同的頂電極Au和Ag作為測試電極的時候,Nb:STO表現(xiàn)出典型的阻變特性,并且該阻變特性優(yōu)異;2、當選取兩個相同的頂電極Au作為測試電極的時候,器件表現(xiàn)出二極管特性;3、當頂電極和底電極都選取Ag作為測試電極的時候,Nb:STO表現(xiàn)出具有對稱性的選擇器特性;4、當?shù)纂姌O和頂電極分別選取選取Ag和Au作為測試電極的時候,得到非對稱的選擇器特性曲線。最后我們用Ag原子相關(guān)的導(dǎo)電絲模型成功的解釋了該現(xiàn)象。(5)制備了高頻率壓電傳感器并對其應(yīng)用開展研究。選取LiNbO3單晶作為壓電材料,探頭聚焦深度6.5 mm,我們測試了壓電傳感器阻抗和脈沖回波特性,發(fā)現(xiàn)其結(jié)果與我們設(shè)計擬合的結(jié)果十分接近,我們測試結(jié)果表明探頭的中心頻率是75 MHz,帶寬是92%。最后我們通過掃描豬眼睛來檢測探頭的成像能力,結(jié)果表明探頭性能良好。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM221
【圖文】：

提出“鐵電體”和“鐵彈體”術(shù)語逡逑報道ＰＬＺＴ電光性能逡逑研制出鐵電薄膜逡逑利用ＰＭＮ弛豫鐵電體研制出電致伸縮器Ｓｏｌ－ｇｅ丨技術(shù)用于制備鐵電薄膜逡逑報道ＰＺＴ和ＰＬＺＴ光致伸縮效應(yīng)逡逑鐵電薄膜與硅技術(shù)結(jié)合逡逑研制出用于壓電傳感器的弛豫鐵電單晶材鈣鈦礦型鐵電體光伏材料可用于吸收可見觀察到鐵電材料中通量全閉合疇結(jié)構(gòu)逡逑材料分類逡逑礦結(jié)構(gòu)逡逑

ＳｒＴｉ０３：邋Ｃｕｂｉｃ邐ＰｂＴｉ０３，邋ＢａＴｉ０３：邋Ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ逡逑圖邋１－２邋ＳｒＴｉ０３，邋ＰｂＴｉ０３邋以及邋ＢａＴｉ０３邋的結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＳｒＴｉ0３，邋ＰｂＴｉ0３邋ａｎｄ邋ＢａＴｉ0３逡逑１－２描述了高對稱性立方晶系ＳｒＴｉ０３晶胞結(jié)構(gòu)以及畸變后的鈣鈦ｉＣｂ、ＢａＴｉ０３），邋Ｂａ和Ｓｒ原子的引入使得原高度對稱的結(jié)構(gòu)有所畸鈦礦結(jié)構(gòu)應(yīng)當是立方晶系，具有高度的對稱性結(jié)構(gòu)（如圖１－２中，氧原子應(yīng)當位于立方結(jié)構(gòu)的中心位置，然而事實并非如此，許多結(jié)構(gòu)的晶體其結(jié)構(gòu)卻發(fā)生了變形扭曲（如圖１－２中ＢａＴｉ０３，ＰｂＴｉＣ斜方、正方甚至是單斜晶系的晶體，許多鐵電、壓電材料都具有這礦結(jié)構(gòu)（包括ＢｉＦｅ０３、ＰｂＺｒ０３等）【５］。逡逑鐵電體逡逑￣￣邐邐逡逑

鐵電Ｐ－五回線主要是根據(jù)鐵電電疇在電場的作用下，其內(nèi)部的極化方向會因逡逑受到電場的影響而發(fā)生反轉(zhuǎn)，進而宏觀上表現(xiàn)出極化強度，也就能測出尸－五回線。逡逑電滯回線是理解鐵電材料結(jié)構(gòu)與電學(xué)特性最簡單且有效的工具之一，圖１－３表示逡逑的是測量鐵電材料Ｐ－五特性的Ｓａｗｙｅｒ－Ｔｏｗｅｒ電路示意圖［７】。沒有施加電場時，逡逑鐵電體的各個電疇的極化方向是隨機分布（雜亂無章）的，此時鐵電材料宏觀上逡逑沒有表現(xiàn)出極化強度Ｍ。在外加電場的作用下，鐵電體的晶胞的對稱性會發(fā)生改逡逑變，進而宏觀表現(xiàn)出極化特性。Ｐ－五回線是鐵電材料的極化反轉(zhuǎn)具體表現(xiàn)形式，逡逑圖１－４是一個常見的鐵電體回線，與Ｐ－五回線相似，鐵電體的應(yīng)變（Ｓｔｒａｉｎ）逡逑特性能夠像極化強度一樣可被外加電場所影響，則一個“蝴蝶狀”的應(yīng)變－電場逡逑（■Ｓ－五）曲線可以被觀察到（如圖１－４所示）。逡逑ａｔｔｅｒ邋ｐｏｌｉｎｇ逡逑、＇、Ｅ邋邐＾逡逑、二；一之、？、［？邋－Ｌ邋Ｈｅｌｄ逡逑Ｂｄ（？ｒｅｐｏｌｉｎｇ邋．．，－－＊７／邋0邋７７邐１／逡逑＼（ｆ逡逑一？＝＼／＼／ｅ邋Ｆｉｅｌｄ逡逑Ｃｌ邐邐＼ＬＸ＾．邐逡逑圖１－４鐵電體的電滯回線、疇轉(zhuǎn)變與電場－應(yīng)變曲線逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４邋Ａ邋ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ邋ｌｏｏｐ邋ｉｎ邋ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 ZhongLin Wang;Wenzhuo Wu;;Piezotronics and piezo-phototronics: fundamentals and applications[J];National Science Review;2014年01期

2 魯圣國;唐新桂;伍尚華;ZHANG Qi-Ming;;鐵電材料中的大電卡效應(yīng)[J];無機材料學(xué)報;2014年01期

本文編號：2780188