元素?fù)诫s改性PMN-PT壓電陶瓷和透明電光陶瓷的制備及性能研究
發(fā)布時(shí)間：2021-10-22 12:24
弛豫鐵電體鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛[分子式為（1-x）Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3,簡(jiǎn)寫為PMN-xPT]具有優(yōu)異的壓電、電光、熱釋電等性能,已成為醫(yī)用超聲成像、工業(yè)無損探傷、水下聲吶、電光調(diào)制、紅外成像等領(lǐng)域高端器件的核心材料。1997年P(guān)MN-xPT單晶的發(fā)現(xiàn)被Science評(píng)價(jià)為“五十年來鐵電領(lǐng)域最令人激動(dòng)的發(fā)現(xiàn)”,2018-2020年Science、Nature、Nature Materials先后報(bào)道通過稀土元素?fù)诫s大幅提高了PMN-xPT單晶/陶瓷的壓電系數(shù)、機(jī)電耦合系數(shù)、透光率等性能,進(jìn)一步提升了該材料的應(yīng)用前景。PMN-xPT基材料的元素?fù)诫s改性及其高性能產(chǎn)生機(jī)理成為新的研究熱點(diǎn)。本論文采用鈮鐵礦法制備了元素?fù)诫s改性的PMN-xPT的粉體并用兩步燒結(jié)法制備PMN-xPT陶瓷。研究了元素?fù)诫s種類、元素?fù)诫s濃度、PMN-xPT固溶配比、陶瓷制備工藝等因素對(duì)PMN-xPT陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響。成功制備出高壓電系數(shù)、高機(jī)械品質(zhì)因素、高機(jī)電耦合系數(shù)的PMN-xPT壓電陶瓷,并制備出...
【文章來源】：青島大學(xué)山東省
【文章頁(yè)數(shù)】：78 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
(a)ABO3鈣鈦礦晶胞簡(jiǎn)要模型；(b)不同晶胞類型的自發(fā)極化取向[30]
青島大學(xué)碩士學(xué)位論文3突破[40]。到目前為止，PMN-PT的各項(xiàng)性能指標(biāo)都取得比較好的結(jié)果：壓電方面，李飛等人通過Sm摻雜設(shè)計(jì)的PMN-PT單晶壓電系數(shù)高達(dá)3400~4100pC/N[41]；電光方面，美國(guó)BATI公司已做出商用的PMN-PT透明陶瓷器件，其透光率達(dá)到理論值71%，電光系數(shù)為28*10-16(m2/V2)[2]；熱釋電方面，羅豪甦等人研究的PMN-PT體系材料熱釋電系數(shù)達(dá)到1530μC/m2K[42]，已完全滿足紅外探測(cè)器的使用需求；其他效應(yīng)包括磁電耦合效應(yīng)，電卡效應(yīng)，能量存儲(chǔ)等方面也取得了比較好的成果[43-45]。圖1.2PMN-xPT的相圖，其中x為PT的摩爾含量[46]1.3PMN-PT鐵電體的壓電性能1.3.1壓電性能簡(jiǎn)介在這里，PMN-PT所提及的機(jī)電性能包括壓電系數(shù)，機(jī)電耦合系數(shù)，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，介電損耗四個(gè)方面。壓電系數(shù)是衡量機(jī)電轉(zhuǎn)化能力的一個(gè)指標(biāo)，壓電系數(shù)越大，表示其機(jī)電轉(zhuǎn)化能力越強(qiáng)，常用d來表示，包括d33，d31和d15等，在下文中未標(biāo)明的地方都是指d33。壓電系數(shù)d的定義式有兩個(gè)[28]:=()E1-(1)=()T1-(2)
青島大學(xué)碩士學(xué)位論文7圖1.3硬性摻雜鐵電材料的一些特點(diǎn),(a)未極化樣品電滯回線向x軸正向移動(dòng)（歸為第一類不對(duì)稱電滯回線）;(b)極化后樣品電滯回線移動(dòng)方向和測(cè)試方向有關(guān)，且回線本身已經(jīng)出現(xiàn)不對(duì)稱（歸為第二類不對(duì)稱電滯回線）；(c)極化后雙軸S-E曲線出現(xiàn)應(yīng)變記憶效應(yīng)；(d)樣品老化后出現(xiàn)對(duì)稱的雙電滯回線1.3.4PMN-PT弛豫鐵電體鐵電體的壓電理論決定壓電性能大小包括本征壓電響應(yīng)和非本征壓電響應(yīng)，對(duì)于鐵電體而言，本征壓電響應(yīng)包括晶格畸變和可逆疇壁運(yùn)動(dòng)，而非本征壓電響應(yīng)則指的是不可逆的疇壁運(yùn)動(dòng)[76]。晶格畸變被認(rèn)為是壓電材料普遍存在的，是晶格本身對(duì)于外電場(chǎng)的響應(yīng)，這也是非鐵電壓電體壓電效應(yīng)的來源，而鐵電體具有較大壓電性的一個(gè)主要因素是鐵電體壓電來源還包括可逆和不可逆疇壁運(yùn)動(dòng)。一般認(rèn)為，處于準(zhǔn)同型相界的鐵電體材料，能夠比較容易實(shí)現(xiàn)各個(gè)鐵電相的相互轉(zhuǎn)換而獲得高壓電性能，然而這對(duì)于弛豫鐵電體是不夠的，下面將介紹幾種弛豫鐵電體高壓電的理論機(jī)制。（1）電場(chǎng)誘導(dǎo)相變?cè)谠缙趯?duì)PMN-PT單晶的研究中，ShroutTR和ParkSE為了解釋弛豫鐵電體的大應(yīng)變提出了場(chǎng)致相變理論[77]。二人在對(duì)三方相PMN-PT研究中發(fā)現(xiàn)，沿[001]方向極化的單晶具有超高壓電，而[111]方向極化的單晶的壓電系數(shù)很低，進(jìn)而也提出
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]巨壓電弛豫鐵電單晶及其在醫(yī)用超聲換能器中的應(yīng)用[J]. 曹文武,孫恩偉,楊彬. 自然雜志. 2017(01)
[2]氧化物雜質(zhì)對(duì)Al2O3陶瓷力學(xué)性能與抗蠕變性的影響[J]. 卞杰,陳涵,戴海璐,郭露村. 硅酸鹽通報(bào). 2015(01)
[3]弛豫鐵電單晶的研究進(jìn)展—壓電效應(yīng)的起源研究[J]. 李飛,張樹君,李振榮,徐卓. 物理學(xué)進(jìn)展. 2012(04)
[4]弛豫鐵電單晶0.93Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.07PbTiO3的電光性能研究[J]. 孫恩偉,張銳,趙欣,曹文武. 光子學(xué)報(bào). 2009(06)
[5]新型熱釋電材料及其在高性能紅外探測(cè)器中的應(yīng)用[J]. 羅豪甦. 紅外與激光工程. 2008(01)
[6]石英諧振式加速度計(jì)[J]. 楊貴玉,王鮮然,周建發(fā),孟麗娜. 遙測(cè)遙控. 2007(S1)
[7]影響透明陶瓷透光性能的因素[J]. 李長(zhǎng)青,張明福,左洪波,孟松鶴,韓杰才,姚泰. 兵器材料科學(xué)與工程. 2006(02)
[8]新型壓電材料—弛豫鐵電體單晶的研究[J]. 羅豪■,沈關(guān)順,王評(píng)初,樂秀宏,殷之文. 無機(jī)材料學(xué)報(bào). 1997(05)
博士論文
[1]弛豫基鐵電單晶鈮鎂酸鉛—鈦酸鉛相結(jié)構(gòu)及疇結(jié)構(gòu)研究[D]. 王瑞雪.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[2]1-3系壓電復(fù)合材料及水聲換能器研究[D]. 李莉.北京郵電大學(xué) 2008
碩士論文
[1]高度透明PMN-PT基電光陶瓷的制備與性能研究[D]. 宋珍珍.青島大學(xué) 2017
本文編號(hào)：3451092
【文章來源】：青島大學(xué)山東省
【文章頁(yè)數(shù)】：78 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
(a)ABO3鈣鈦礦晶胞簡(jiǎn)要模型；(b)不同晶胞類型的自發(fā)極化取向[30]
青島大學(xué)碩士學(xué)位論文3突破[40]。到目前為止，PMN-PT的各項(xiàng)性能指標(biāo)都取得比較好的結(jié)果：壓電方面，李飛等人通過Sm摻雜設(shè)計(jì)的PMN-PT單晶壓電系數(shù)高達(dá)3400~4100pC/N[41]；電光方面，美國(guó)BATI公司已做出商用的PMN-PT透明陶瓷器件，其透光率達(dá)到理論值71%，電光系數(shù)為28*10-16(m2/V2)[2]；熱釋電方面，羅豪甦等人研究的PMN-PT體系材料熱釋電系數(shù)達(dá)到1530μC/m2K[42]，已完全滿足紅外探測(cè)器的使用需求；其他效應(yīng)包括磁電耦合效應(yīng)，電卡效應(yīng)，能量存儲(chǔ)等方面也取得了比較好的成果[43-45]。圖1.2PMN-xPT的相圖，其中x為PT的摩爾含量[46]1.3PMN-PT鐵電體的壓電性能1.3.1壓電性能簡(jiǎn)介在這里，PMN-PT所提及的機(jī)電性能包括壓電系數(shù)，機(jī)電耦合系數(shù)，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，介電損耗四個(gè)方面。壓電系數(shù)是衡量機(jī)電轉(zhuǎn)化能力的一個(gè)指標(biāo)，壓電系數(shù)越大，表示其機(jī)電轉(zhuǎn)化能力越強(qiáng)，常用d來表示，包括d33，d31和d15等，在下文中未標(biāo)明的地方都是指d33。壓電系數(shù)d的定義式有兩個(gè)[28]:=()E1-(1)=()T1-(2)
青島大學(xué)碩士學(xué)位論文7圖1.3硬性摻雜鐵電材料的一些特點(diǎn),(a)未極化樣品電滯回線向x軸正向移動(dòng)（歸為第一類不對(duì)稱電滯回線）;(b)極化后樣品電滯回線移動(dòng)方向和測(cè)試方向有關(guān)，且回線本身已經(jīng)出現(xiàn)不對(duì)稱（歸為第二類不對(duì)稱電滯回線）；(c)極化后雙軸S-E曲線出現(xiàn)應(yīng)變記憶效應(yīng)；(d)樣品老化后出現(xiàn)對(duì)稱的雙電滯回線1.3.4PMN-PT弛豫鐵電體鐵電體的壓電理論決定壓電性能大小包括本征壓電響應(yīng)和非本征壓電響應(yīng)，對(duì)于鐵電體而言，本征壓電響應(yīng)包括晶格畸變和可逆疇壁運(yùn)動(dòng)，而非本征壓電響應(yīng)則指的是不可逆的疇壁運(yùn)動(dòng)[76]。晶格畸變被認(rèn)為是壓電材料普遍存在的，是晶格本身對(duì)于外電場(chǎng)的響應(yīng)，這也是非鐵電壓電體壓電效應(yīng)的來源，而鐵電體具有較大壓電性的一個(gè)主要因素是鐵電體壓電來源還包括可逆和不可逆疇壁運(yùn)動(dòng)。一般認(rèn)為，處于準(zhǔn)同型相界的鐵電體材料，能夠比較容易實(shí)現(xiàn)各個(gè)鐵電相的相互轉(zhuǎn)換而獲得高壓電性能，然而這對(duì)于弛豫鐵電體是不夠的，下面將介紹幾種弛豫鐵電體高壓電的理論機(jī)制。（1）電場(chǎng)誘導(dǎo)相變?cè)谠缙趯?duì)PMN-PT單晶的研究中，ShroutTR和ParkSE為了解釋弛豫鐵電體的大應(yīng)變提出了場(chǎng)致相變理論[77]。二人在對(duì)三方相PMN-PT研究中發(fā)現(xiàn)，沿[001]方向極化的單晶具有超高壓電，而[111]方向極化的單晶的壓電系數(shù)很低，進(jìn)而也提出
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]巨壓電弛豫鐵電單晶及其在醫(yī)用超聲換能器中的應(yīng)用[J]. 曹文武,孫恩偉,楊彬. 自然雜志. 2017(01)
[2]氧化物雜質(zhì)對(duì)Al2O3陶瓷力學(xué)性能與抗蠕變性的影響[J]. 卞杰,陳涵,戴海璐,郭露村. 硅酸鹽通報(bào). 2015(01)
[3]弛豫鐵電單晶的研究進(jìn)展—壓電效應(yīng)的起源研究[J]. 李飛,張樹君,李振榮,徐卓. 物理學(xué)進(jìn)展. 2012(04)
[4]弛豫鐵電單晶0.93Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.07PbTiO3的電光性能研究[J]. 孫恩偉,張銳,趙欣,曹文武. 光子學(xué)報(bào). 2009(06)
[5]新型熱釋電材料及其在高性能紅外探測(cè)器中的應(yīng)用[J]. 羅豪甦. 紅外與激光工程. 2008(01)
[6]石英諧振式加速度計(jì)[J]. 楊貴玉,王鮮然,周建發(fā),孟麗娜. 遙測(cè)遙控. 2007(S1)
[7]影響透明陶瓷透光性能的因素[J]. 李長(zhǎng)青,張明福,左洪波,孟松鶴,韓杰才,姚泰. 兵器材料科學(xué)與工程. 2006(02)
[8]新型壓電材料—弛豫鐵電體單晶的研究[J]. 羅豪■,沈關(guān)順,王評(píng)初,樂秀宏,殷之文. 無機(jī)材料學(xué)報(bào). 1997(05)
博士論文
[1]弛豫基鐵電單晶鈮鎂酸鉛—鈦酸鉛相結(jié)構(gòu)及疇結(jié)構(gòu)研究[D]. 王瑞雪.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[2]1-3系壓電復(fù)合材料及水聲換能器研究[D]. 李莉.北京郵電大學(xué) 2008
碩士論文
[1]高度透明PMN-PT基電光陶瓷的制備與性能研究[D]. 宋珍珍.青島大學(xué) 2017
本文編號(hào)：3451092
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/huaxuehuagong/3451092.html
最近更新
教材專著
