【摘要】：贗二元Ba Zr0.2Ti0.8O3-x Ba0.7Ca0.3Ti O3(x BC0.3T)壓電陶瓷是2009年發(fā)現(xiàn)的一種壓電系數(shù)可以和含鉛壓電材料相媲美的新型無鉛壓電材料。研究其巨壓電效應(yīng)的起源設(shè)計(jì)無鉛壓電材料的有著指導(dǎo)意義。另一方面該體系可以看作由鈦酸鋇-鋯酸鋇-鈦酸鈣(BT-BZ-CT)構(gòu)成的三元體系的一部分。同時,該三元體系準(zhǔn)同型相界(MPB)區(qū)附近相變行為及大壓電系數(shù)機(jī)制尚不完全清楚。為此本文在已有的x BC0.3T體系的研究基礎(chǔ)上,研究BT-BZ-CT三元鐵電陶瓷體系在MPB附近的相變行為及其于鐵電、介電和壓電性能的關(guān)系,重點(diǎn)研究其MPB附近的大壓電系數(shù)的起源。通過研究x BC0.3T體系的介溫曲線得到了其相變的特征溫度,發(fā)現(xiàn)了該體系的三方和四方兩個相區(qū)的邊界處存在著過渡相區(qū)。結(jié)合XRD結(jié)果確定這一相區(qū)為混合相區(qū),最終得到了修正的x BC0.3T體系的相圖。在研究過程中還發(fā)現(xiàn)在x BC0.3T體系的MPB附近,成分相同的塊體陶瓷樣品和粉體樣品因?yàn)閼?yīng)力狀態(tài)不同,其相組成不同。表明該體系陶瓷中成分位于MPB附近的樣品其相組成對應(yīng)力十分敏感。這一研究結(jié)果表明研究該體系陶瓷的本征相變和巨壓電效應(yīng)的關(guān)系需要使用無應(yīng)力的粉體樣品。在x BC0.3T體系新相圖的基礎(chǔ)上,研究了其他成分的BT-BZ-CT三元體系陶瓷樣品的相組成和相變過程,給出了BT-BZ-CT三元體系的相圖。根據(jù)該相圖可以發(fā)現(xiàn),在其它贗二元體系中存在和x BC0.3T體系相類似的MPB。利用聚酰亞胺(PI)材料作為基體,將無應(yīng)力的x BC0.3T陶瓷粉體混入PI基體中成功制備了x BC0.3T/PI復(fù)合薄膜。利用該復(fù)合薄膜進(jìn)行應(yīng)力加載,研究了x BC0.3T粉體樣品在外應(yīng)力作用下的本征相變行為,闡明了其本征相變和巨壓電效應(yīng)的關(guān)系。結(jié)果表明x BC0.3T體系MPB附近成分巨壓電效應(yīng)的起源于R→T相變和T相疇翻轉(zhuǎn)的共同作用。利用葡萄糖為造孔劑制備了不同孔隙率的多孔0.5BC0.3T陶瓷,利用XRD研究了孔隙對多孔0.5BC0.3T陶瓷殘余應(yīng)力的松弛作用,闡明了應(yīng)力松弛對材料的物相結(jié)構(gòu)造成的影響。利用修正的居里-外斯定律研究了樣品的彌散度系數(shù)。討論了樣品中的應(yīng)力松弛對彌散度系數(shù)的影響。發(fā)現(xiàn)在該體系中存在著應(yīng)力誘發(fā)的彌散性相變。同時發(fā)現(xiàn),可以通過改變樣品中的應(yīng)力狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)樣品彌散程度的目的。研究了BT-BZ-CT三元體系的鐵電和壓電性能,發(fā)現(xiàn)該體系具有優(yōu)異的鐵電和壓電性能。其中MPB附近的樣品中存在巨壓電效應(yīng)。利用朗道-德文希爾理論對MPB附近樣品的相變勢壘高度進(jìn)行了計(jì)算,利用統(tǒng)計(jì)規(guī)律研究了該體系材料的相變勢壘高度對巨壓電效應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明BT-BZ-CT三元體系MPB附近成分的巨壓電效應(yīng)的起源和x BC0.3T體系相同,均為R→T相變和T相疇翻轉(zhuǎn)的共同作用。同時發(fā)現(xiàn)了R→T相變和T相疇翻轉(zhuǎn)對巨壓電效應(yīng)的影響規(guī)律,即在勢壘高度較低,R→T相變和T相疇翻轉(zhuǎn)均很容易發(fā)生時決定材料壓電性能的是相變和疇翻轉(zhuǎn)所造成的極化強(qiáng)度的改變量。而在勢壘高度較高時,起決定作用的是勢壘高度,也即相變和疇翻轉(zhuǎn)的難易程度。這一結(jié)果最終闡明了該體系材料巨壓電效應(yīng)的兩種機(jī)制,以及這兩種機(jī)制對壓電效應(yīng)的貢獻(xiàn)的細(xì)節(jié),為巨壓電材料的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
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【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM282

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)會議論文 前1條

1 趙祥永;周丹;葛文偉;仲維卓;羅豪u&;;無鉛鐵電單晶鈦酸鋇的壓電活性與場致應(yīng)變[A];第14屆全國晶體生長與材料學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

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本文編號：2302519