鈣鈦礦鐵電體具有自發(fā)極化,在電場作用下可高效調(diào)控離子位移,在計算機存儲器、壓電材料等方面應(yīng)用前景廣闊。鈦酸鉍鈉(Na_0.5Bi_0.5TiO₃,NBT)作為一種自發(fā)極化值較高、可替代現(xiàn)有鉛基鐵電材料的ABO₃型無鉛鈣鈦礦鐵電體,對其結(jié)構(gòu)與性能的研究主要面臨兩種問題:(1)A位Na、Bi元素化合價不等價導(dǎo)致NBT的A位陽離子的分布尚存爭議;(2)Bi元素在熱處理過程中極易揮發(fā),缺陷導(dǎo)致的漏電使NBT的電學(xué)性能惡化。本課題采用實驗合成表征和第一性原理計算相結(jié)合方法,深入探究A位陽離子分布對NBT的本征結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的作用機制。采用XRD、TEM、拉曼光譜和介電測量等手段對NBT陶瓷樣品進行了測試,在室溫下檢測到了NBT中的局部結(jié)構(gòu)(納米微區(qū))。通過TEM檢測到了納米微區(qū)的化學(xué)成分為Bi富集區(qū)域,Bi富集納米微區(qū)的存在誘發(fā)了NBT在高頻下的弛豫行為。為改善NBT在電學(xué)性能方面難以極化、低頻弛豫性弱等缺點,采用多離子溶膠-凝膠法制備A位摻雜的(Na_0.5Bi_0.5)...

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源及研究的背景和意義
        1.1.1 課題的來源
        1.1.2 課題研究的背景和意義
    1.2 Na_0.5Bi_0.5TiO₃鐵電陶瓷概述
        1.2.1 Na_0.5Bi_0.5TiO₃的相變過程
        1.2.2 Na_0.5Bi_0.5TiO₃的A位陽離子分布
        1.2.3 Na_0.5Bi_0.5TiO₃的電學(xué)行為
    1.3 溶膠-凝膠合成方法概述
        1.3.1 溶膠-凝膠法的概念和原理
        1.3.2 溶膠品質(zhì)的影響因素
    1.4 鈣鈦礦鐵電體的第一性原理計算
        1.4.1 鈣鈦礦相變的第一性原理計算
        1.4.2 摻雜鈣鈦礦的第一性原理計算
    1.5 主要研究內(nèi)容
第2章 試驗材料與計算方法
    2.1 試驗材料
    2.2 制備工藝
        2.2.1 純相Na_0.5Bi_0.5TiO₃溶膠-凝膠制備
        2.2.2 摻雜Na_0.5Bi_0.5TiO₃的溶膠-凝膠制備
        2.2.3 工藝參數(shù)的選擇
    2.3 材料結(jié)構(gòu)與性能分析
        2.3.1 X射線衍射(XRD)分析
        2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)分析
        2.3.3 透射電子顯微鏡(TEM)分析
        2.3.4 拉曼激光光譜分析
        2.3.5 介電性能分析
        2.3.6 鐵電性能分析
    2.4 第一性原理計算方法
第3章 Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷的微結(jié)構(gòu)
    3.1 Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷微結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)表征
        3.1.1 Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷微結(jié)構(gòu)XRD物相分析
        3.1.2 Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷微結(jié)構(gòu)的TEM分析
    3.2 Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷微結(jié)構(gòu)的高頻介電響應(yīng)
        3.2.1 Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷微結(jié)構(gòu)的變溫介電分析
        3.2.2 Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷微結(jié)構(gòu)的拉曼光譜響應(yīng)
    3.3 本章小結(jié)
第4章 摻雜改性Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷的電學(xué)行為
    4.1 引言
    4.2 摻雜Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)
        4.2.1 摻雜Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷的XRD物相分析
        4.2.2 摻雜Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷的SEM分析
        4.2.3 摻雜Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷的TEM分析
        4.2.4 摻雜Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷的拉曼光譜分析
    4.3 摻雜Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷的電學(xué)響應(yīng)
        4.3.1 摻雜Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷的介電響應(yīng)
        4.3.2 摻雜Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷的鐵電行為
        4.3.3 摻雜Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷的儲能性能
    4.4 本章小結(jié)
第5章 Na_0.5Bi_0.5TiO₃陶瓷的第一性原理計算
    5.1 Na_0.5Bi_0.5TiO₃晶體的本征結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)
        5.1.1 計算模型、參數(shù)及收斂性測試
        5.1.2 Na_0.5Bi_0.5TiO₃的能帶結(jié)構(gòu)及態(tài)密度
        5.1.3 Na_0.5Bi_0.5TiO₃晶體的成鍵分析
    5.2 Na_0.5Bi_0.5TiO₃晶體Bi富集的微結(jié)構(gòu)
        5.2.1 A位陽離子富集Na_0.5Bi_0.5TiO₃晶體的本征結(jié)構(gòu)
        5.2.2 Bi富集對Na_0.5Bi_0.5TiO₃晶體微結(jié)構(gòu)的影響
    5.3 Na_0.5Bi_0.5TiO₃晶體的自發(fā)極化
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
碩士期間發(fā)表論文及專利
致謝



本文編號：3740384