鋯鈦酸鉛（Pb（ZrxTi1-x）03,PZT）鐵電材料因其具有較高的居里溫度、良好的鐵電、介電和壓電特性,廣泛應(yīng)用于鐵電存儲器、介質(zhì)濾波器和壓電傳感器等可調(diào)諧微波器件中,是一種重要的功能材料。隨著微納米技術(shù)和可調(diào)諧微波器件技術(shù)的發(fā)展,性能單一的二元系PZT鐵電材料已不能滿足日益快速發(fā)展的需求。對PZT基鐵電材料進(jìn)行混合或摻雜改性,以期獲得高居里溫度、高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)和高機(jī)電耦合系數(shù)等性能優(yōu)異的多元系PZT基鐵電材料,尤其是摻雜改性的微觀機(jī)理成為鐵電材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文采用基于密度泛函理論框架下的第一性原理方法,對PZT（50/50）鐵電材料摻雜不同比例的鈮錳酸鉛（Pb（Mn1/3,Nb2/3）O3,PMnN）調(diào)制作用進(jìn)行了理論仿真研究。利用超晶胞法建立了不同摻雜比例的三元系xPMnN-（1-x）PZT（50/50）（x=0%,4%,6%,8%,10%,15%,20%,30%）理論模型,并計(jì)算了xPMnN-（1-x）PZT（50/50）幾何構(gòu)型、電子結(jié)構(gòu)、介電性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和壓電常數(shù)等。分析總結(jié)了PMnN添加對PZT的摻雜改性規(guī)律及微觀機(jī)制,得到的結(jié)論可歸納為以下幾點(diǎn):（1）通過對本... 

【文章來源】： 鄧艷艷 西安科技大學(xué)

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

典型鈣鈦礦晶胞結(jié)構(gòu)示意圖

將 Pb(Mn1/3,Nb2/3)O3外來組元引入 PZT(50/50)體系時(shí)，PMnN 和 PZT(50/50)均為典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，滿足形成固溶體的重要條件，且 Mn2+離子半徑為 66pm、Nb5+離子半徑為64pm、Zr4+離子半徑為72pm、Ti4+離子半徑為60.5pm，各離子間的半徑差小于15%，容許間隙因子為 0.89，滿足形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)固溶體的必要條件。由此說明Pb(Mn1/3,Nb2/3)O3摻雜進(jìn) PZT(50/50)體系體系中能夠形成互溶的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)固溶體，使得本文研究 PMnN 對 PZT(50/50)體系摻雜改性微觀機(jī)制具有實(shí)際意義。本課題組在前期工作中已制備出了高質(zhì)量的三元系 PMnN-PZT(50/50)鐵電材料，本次選題內(nèi)容主要采用基于密度泛函理論框架下的第一性原理方法在廣義梯度近似下，分別對具有高鐵電性和高壓電性的三元系 PMnN-PZT(50/50)鐵電材料進(jìn)行建模仿真和相關(guān)性質(zhì)的理論模擬計(jì)算，并將模擬仿真計(jì)算結(jié)果與已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果對比驗(yàn)證，以期獲得 PMnN 對 PZT(50/50)鐵電材料摻雜改性的微觀機(jī)理，其整體思路和大致步驟如圖 1.4所示。建立的可視化理論模型，將使多元系 PZT 基鐵電材料微觀機(jī)制形象化，解決了實(shí)驗(yàn)上難以從電子層面分析摻雜改性微觀機(jī)制的難題，為多元系 PZT 基鐵電材料的制備與研究提供可靠的理論指導(dǎo)，大大縮短了探索高性能多元系 PZT 基鐵電材料的實(shí)驗(yàn)周期，使其有望廣泛應(yīng)用于可調(diào)諧微器件中。

圖 3.1 PZT(50/50)晶體理論模型Fig. 3.1 Theoretical model of PZT(50/50) crysta泛函理論(Density Functional Theory, DFT行研究。電子與電子之間的交換關(guān)聯(lián)勢采dew-Burke-Ernzerhof(PBE)雜化泛函進(jìn)行校述電子與離子實(shí)之間的相互作用勢。Ti(3d24s2)和 O(2s22p4)分別作為各個(gè)原子，選取 400eV 作為計(jì)算過程中的平面波截計(jì)算精度設(shè)定為 Accurate。采用共軛梯度互作用力和最大位移的分別為 0.03eV/ Gamma 為中心 Monkhorst-Pack 形式高對 k 點(diǎn)對應(yīng)抽樣簡約布里淵區(qū)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]三元系PZT基鐵電薄膜微觀機(jī)理研究[D]. 陳丹.西安科技大學(xué) 2015
[2]氧化鋅的摻雜效應(yīng)以及石墨烯結(jié)構(gòu)缺陷的第一性原理研究[D]. 吳亮.蘇州大學(xué) 2013
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本文編號：3116844