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《清华大学》 2010年
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纳米/亚微米晶钛酸钡铁电陶瓷的晶粒尺寸效应研究

孙铁昱  
【摘要】:本文对纳米/亚微米晶钛酸钡陶瓷的性质随晶粒尺寸的变化规律进行了分析研究,并建立适当的理论模型,来解释实验中观测到的一些现象。 纳米晶钛酸钡陶瓷的相变温度随着晶粒尺寸的减小,3个相变温度呈现不同的变化趋势。本文首先分析了晶界的电性能对相变点的影响,晶界上的剩余电荷会改变靠近晶界部分的自发极化状态,使该部分的极化状态偏离单晶,而这部分的体积分数随着晶粒尺寸的减小而增大。这类区域会导致小晶粒陶瓷的总自由能发生剧烈的变化,从而引起相变温度的改变。同时,本文也对晶粒表面的晶界层内断键对相变点的影响进行了分析,认为这种断键会导致键长的收缩效应,同时由于陶瓷晶粒不规则的形状,会引起切应力和压应力的存在,应力大小随着晶粒尺寸的减小而增大,引起附加的弹性能,导致总的自由能的变化,从而影响相变温度,理论分析给出了铁电性消失的晶粒尺寸约为2.5nm。理论分析与实验中观测到的现象相吻合:即随着晶粒尺寸的减小,居里点下降,两个低温相变温度升高。 亚微米晶钛酸钡陶瓷在外加电场中的介电响应可以通过畴壁的振动和电畴本身的性质来讨论。在外加电场中,畴壁振动的平衡位置会发生偏移,而晶界对畴壁还有一定的束缚作用,晶界附近的畴壁部分偏移量较小,在小晶粒陶瓷中的被束缚部分体积分数较大,导致畴壁振动对介电响应的贡献变小。同时,电畴本身在外加电场中会受到一定的夹持作用,介电响应会变小。同时考虑畴壁和电畴,并考虑晶界的复合效应,可以得出小晶粒有利于减小外加电场中的介电响应变化。 亚微米晶钛酸钡陶瓷在外加应力的介电响应可以通过电畴的夹持效应和晶界对总介电响应的冲稀作用来解释。电畴受到外加应力的夹持,介电响应会减小。外加的应力会有一部分由晶界承担,当晶粒尺寸减小的时候,晶界负载的应力部分会增加,导致电畴实际应力的减小;同时,晶界的介电常数随着外加应力的变化较小,本身也会对总的介电响应的变化率产生一定的冲稀作用。这两种效应的复合会导致小晶粒钛酸钡陶瓷的介电响应随着外加应力的增加的变化率减小。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TQ174.1

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前7条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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10 周文艺;二阶时标与脉冲非自治哈密顿系统周期解的存在性问题研究[D];昆明理工大学;2010年
【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
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【相似文献】
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10 佘广益;低温烧结宽温稳定性MLCC介质材料研究[D];电子科技大学;2010年
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