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《华中科技大学》 2004年
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PZT和PT介电常数与晶格畸变关系的研究

严文生  
【摘要】:自二十世纪五十年代初PZT出现以来,PZT作为一种重要的压电铁电陶瓷材料得到广泛应用。本文的工作是在PT和PZT热力学理论基础上从结构相变的角度深入地研究PT和PZT介电常数与晶格畸变的关系。我们对PZT四方相区、三角相区和混合相区介电常数与晶格畸变的关系进行了全面研究和探讨。我们还研究了PT四方相区和立方相区介电常数与晶格畸变的关系。论文的主要内容包括以下几个方面: 1. 在PZT热力学理论基础上,我们得到PZT铁电材料四方相区介电常数、组份x与晶格畸变c/a之间的关系式,进一步证明了晶格畸变c/a也是组份x的函数。从而可以得出介电常数与晶格畸变c/a的直接函数式。根据相关实验数据确定方程中的物理参数。 2. 根据PZT热力学理论,我们进一步得到了关于PZT高温三角相区的两个关联方程。一个是关于PZT三角相区介电常数与组份x的方程;另一个是关于PZT晶格畸变 与组份x的方程。根据相关实验数据确定两个关联方程中的物理参数。 3. 我们在研究PZT四方相区和三方相区的基础上又进一步讨论了混合相区PZT介电常数与晶格畸变的关系。首先利用四方相区和三方相区介电常数与晶格畸变的结果。进而采用了一个模型—相统计分布模型,并确定了该方程中的其中一个参数 对组份x的拟合值,根据相关实验数据确定了其它的物理参数值。 4. 我们将理论计算结果和相关实验数据进行比较,发现理论结果和实验结果吻合的很好,但也有偏差。具体结果如下: (1)我们将得到的PZT四方相区理论曲线和实验数据相比,吻合的相当好,尤其是在晶格畸变为c/a1.0281的区间,此区域为四方单相区。当c/a1.0281时,由关系式得到的 和实验值偏差逐渐增大,这是由于随着c/a的继续减小,相应的组份x减小,系统逐渐进入四方和三角混合相的区域,向三角相过渡。因此我们所得到的适用于四方相的理论公式就会发生一定的偏差。实际上在此时, WP=4 随着四方相的晶格畸变c/a进一步减小,PZT结构相对松弛,结构活性相对增大,从而有利于 离子发生位移,在外电场或外力作用下有利于自发极化 转向,致使介电常数 的实验值和理论值偏差增大。 (2)我们将三角相区得到的理论曲线和实验数据比较,发现 1.74107时,即单三角相区时,理论结果和实验数据吻合的很好。当晶格畸变 1.74107时,介电常数 的理论值和实验值之间的相对偏差逐渐增大,这是由于随着 的进一步减小,PZT系统逐渐进入由四方相和三角相构成的混合相并向四方相区过渡的结果。这样,适用于三角相区的理论结果在混合区必然与实验结果的偏差增大。 (3)我们采用相统计分布模型计算得到的结果与混合相区的实验数据比较,发现计算结果和实验结果相吻合,说明用该模型适合研究混合相区的介电常数与晶格畸变的关系。 5. 在PT热力学理论基础上,我们建立了PT四方相区介电常数、温度与晶格畸变之间的关系式,并拟合实验数据得到了温度与晶格畸变之间的拟合函数。根据这两个方程我们得出了PT四方相区介电常数与晶格畸变之间的方程;还研究了PT立方相区介电常数、温度与晶格畸变之间的简单关系。 将理论结果和实验数据比较,发现两者相吻合。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TM282

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