【摘要】：鈣鈦礦型鈦酸鹽化合物因具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì),成為現(xiàn)代科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中重要的功能化合物。作為鐵電壓電化合物,該類化合物在準(zhǔn)同型相邊界(MPB)處通常具有優(yōu)異的性能,特別是BiMeO3-PbTiO3基鐵電化合物由于在MPB處具有高居里溫度,近年來(lái)得到廣泛的研究,然而對(duì)于不同的BiMeO3組元,二元體系BiMeO3-PbTiO3的鐵電壓電性能表現(xiàn)各異。首先,本文通過(guò)化學(xué)替代研究了鈣鈦礦化合物B位離子半徑與鐵電性能的關(guān)系。研究表明,通過(guò)提高BiMeO3容差因子可以顯著提升化合物的鐵電壓電性能。這一研究結(jié)果對(duì)未來(lái)設(shè)計(jì)具有優(yōu)異性能的鈣鈦礦型鐵電壓電化合物具有重要的指導(dǎo)意義。此外,通過(guò)BaZrO3替代,在BiFeO3-PbTi03化合物中首次觀察到弛豫反鐵電性的存在,由于弛豫反鐵電相的出現(xiàn),強(qiáng)場(chǎng)壓電系數(shù)可以高達(dá)690pm/V。對(duì)于鈣鈦礦型鐵電化合物而言,其宏觀性能取決于內(nèi)在相結(jié)構(gòu)與晶格形變,以及外在鐵電疇壁運(yùn)動(dòng)與鐵電疇翻轉(zhuǎn)的綜合貢獻(xiàn)。本文通過(guò)高能同步輻射X射線衍射(SXRD)對(duì)位于MPB附近的Pb(Zr,Ti)O3化合物的鐵電極化行為進(jìn)行了原位研究。結(jié)果表明：(1)在接近MPB處的四方相Pb(Zr,Ti)O3鐵電陶瓷中,電場(chǎng)極化作用對(duì)單胞結(jié)構(gòu)及自發(fā)極化強(qiáng)度影響微弱。(2)對(duì)于三方相鐵電陶瓷而言,其單胞內(nèi)Pb-O鍵長(zhǎng)基本不受電場(chǎng)作用影響,而單胞參數(shù)與自發(fā)極化強(qiáng)度隨外電場(chǎng)作用呈蝴蝶形。(3)在極化過(guò)程中,四方相和三方相的宏觀鐵電行為的貢獻(xiàn)來(lái)自十鐵電疇壁與鐵電疇翻轉(zhuǎn)。由于陶瓷的宏觀極化強(qiáng)度與陶瓷內(nèi)局域極化強(qiáng)度一致,最終鐵電陶瓷的宏觀極化強(qiáng)度受限于特定取向晶粒,這些晶粒中鐵電疇的取向與電場(chǎng)方向成54.7°夾角。通過(guò)對(duì)位于MPB處的PbZr0.535Ti0.465O3 (PZT53.5)化合物相結(jié)構(gòu)變化及鐵電疇運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行原位SXRD研究表明,PZT53.5陶瓷在極化過(guò)程中會(huì)由四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱我粏涡毕?而且在這種相變?cè)诘蜏叵赂菀走M(jìn)行。本研究首次在陶瓷中觀察到單一單斜相的存在,研究該單一單斜相在電場(chǎng)作用下行為可以直接用于揭示壓電機(jī)理,并有利于研究單斜相在陶瓷中的極化行為�；赑ZT53.5的相結(jié)構(gòu)與織構(gòu)分析結(jié)果表明：(1)電場(chǎng)作用下單斜相的極化矢量在{101}PC晶面內(nèi)發(fā)生偏轉(zhuǎn),極化偏轉(zhuǎn)是MPB處鐵電化合物優(yōu)異鐵電壓電性能的起源,給出了直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù),與理論計(jì)算結(jié)果相符合；(2)在單斜相鐵電陶瓷的[001]PC晶粒中,電致晶格應(yīng)變與宏觀應(yīng)變可以很好的符合；(3)宏觀鐵電壓電性能源于極化矢量轉(zhuǎn)動(dòng)和鐵電疇翻轉(zhuǎn)的共同作用；(4)單斜相鐵電陶瓷的宏觀最大極化強(qiáng)度受限于[001]PC取向的晶粒。上述關(guān)于Pb(Zr,Ti)O3化合物的原位SXRD研究結(jié)果將有助于理解所有鈣鈦礦型鐵電多晶材料的極化機(jī)理。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果也將為理論計(jì)算研究提供直接的實(shí)驗(yàn)參考,有助于從理論上設(shè)計(jì)新型高性能鐵電壓電化合物�；诰ЯＨ∠�?qū)﹁F電壓電性能的影響,未來(lái)可通過(guò)調(diào)控微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出滿足不同應(yīng)用需求的具有性能優(yōu)異的鐵電陶瓷。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ174.1

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本文編號(hào)：2347021