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《湖北大学》 2016年
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钛酸铋钠基弛豫铁电体的制备与研究

周超  
【摘要】:钛酸铋钠(简称BNT)是一种重要的钙钛矿型A位离子复合取代铁电体,室温下具有三方结构和优异的铁电性能(剩余极化强度为38μC/cm2,矫顽场为7.9kv/mm)。但是BNT基弛豫铁电体在很多地方还存在较大争议,如退极化温度附近出现介电异常峰和电滞回线变形现象,升温过程中是否发生铁电-反铁电相变等。研究和解释这些基础问题是充分利用BNT基弛豫铁电体的前提,因此研究BNT基材料的结构和弛豫性能显得尤为重要。本文以固相法制备了BNT基弛豫铁电体,系统地研究了BNT基弛豫铁电体的结构,形貌,介电性能,弛豫性能,铁电性能和场致应变性能,并结合德文希尔热力学理论对BNT基弛豫铁电体的介电温谱和电滞回线进行理论拟合,探究BNT基弛豫铁电体的相变规律。(1)制备了ST掺杂的BNT弛豫铁电体(简称BNT-xST),低温异常峰Tf附近介温曲线有强烈的弥散性,而高温介电异常峰Tm处弥散性消失。随着ST含量增加,Tf和Tm均往低温方向移动。当x=0.30时,样品具有良好的中温平稳性(1kHz下,80~220℃温度范围内,电容变化率TCC5%,损耗tanδ<0.02)。(2)在ST含量0.4x0.6范围内,均能得到单一的立方钙钛矿结构。所有样品均具有良好的弛豫性,当ST的含量为x=0.45时,样品表现出优异的弛豫性、介电性能和电致伸缩性能:弥散系数γ=1.82;室温1kHz下,相对介电常数ε=3800,介电损耗tanδ=0.01;偏压电场4kv/mm下场致应变最大值为0.3%,Smax/Emax=754ppm/v。(3)从德文希尔经典热力学理论出发,推导出一阶/二阶和和弛豫铁电体的介电温谱和电滞回线,调整参数拟合实验结果,分析了BNT基弛豫铁电体的相变规律。结果表明,介电温谱和电滞回线和理论曲线吻合度高,猜想高温四方相具有弛豫性,BNT基弛豫铁电体电滞回线变形是由于一阶铁电相变以及三方和四方相相互作用的结果。(4)分别以0.7BNT-0.3ST和0.5BNT-0.5ST为基质,掺杂Er2O3和Nb2O5,改善其温度平稳性。实验表明:适量稀土Er2O3掺杂0.7BNT-0.3ST可以拓宽其中温平稳性范围,当Er2O3掺杂量为0.75mo1%时样品具有最宽的中温平稳性范围50~230℃(ε2412±61),损耗tanδ≤0.02 (70-295℃)。Nb2P5掺杂0.5BNT-0.5ST可以降低其居里温度,具有明显的压峰效应,当Nb2O5的掺杂量为8mo1%时,样品具有最佳的介温平稳性,ε25℃=1530,tanδ=0.015,在-55~125℃范围内,TCC15%,满足EIA二类陶瓷X7R标准。
【学位授予单位】:湖北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM221

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