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《湘潭大学》 2010年
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NBT-KBT-100x压电薄膜的制备及表征

戴顺洪  
【摘要】: 铅毒性使与铅基压电材料相关的压电设备在生产、利用及回收过程中存在许多问题。因此基于生物相容性及环境保护的考虑,为了探寻可替代当前广泛应用的铅基压电材料,无铅压电材料已逐渐成为人们的研究热点。钛酸铋钠(NBT)是一种A位复合钙钛矿型的弛豫铁电材料,具有强铁电性和较高的居里温度,因此被视为主要的无铅压电材料之一。但NBT陶瓷材料具有高的矫顽场和较大的漏电流等缺点,使其难以被充分极化进而表现出较低的压电性能。为了提高NBT陶瓷的性能,人们在NBT中引入其他相结构的物质形成二元或多元系固溶体,从而在一定组分x区域内形成准同型相界(Morphotropic Phase Boundary,MPB)。据研究表明,钛酸铋钠与钛酸铋钾(KBT)组成的二元系固溶体(1-x) Na0.5Bi0.5TiO3-xK0.5Bi0.5TiO3 (NBT-KBT-100x)陶瓷在MPB附近(0.16-0.20),压电和介电性能呈现了较大的提高。电子器件的微型化、新的微机电系统(MEMS)以及实现电子器件概念上的突破,都在很大程度上推动材料研究由块体转向薄膜。本文主要针对NBT-KBT-100x薄膜展开了一系列研究,主要内容及结果如下: 1.本文绪论中综述了压电材料的发展概况、基本性质和应用领域。概述了NBT基无铅压电材料的研究现状,该类材料具有良好的压电性能和广阔的应用前景。结合当前薄膜的制备技术如磁控溅射法、脉冲激光沉积(PLD)法及化学溶液沉积(CSD)法,提出本文的选题依据,并介绍了本文的主要工作。 2.压电薄膜的晶体结构和表面微结构以及其性能与底电极密切相关,而且NBT-KBT-100x块体材料的准同型相界在0.16-0.20范围内。因此,本文第2章利用CSD方法,在LNO和Pt两种不同底电极上制备组分为0.15、0.18、0.20和0.25的NBT-KBT-100x薄膜,同时也介绍了本文所使用的薄膜分析测试方法。 3.第3章中,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、半导体特性分析仪、铁电分析仪、阻抗分析仪和扫描探针显微镜等手段,研究了两种不同底电极镍酸镧(LNO)和铂金Pt对(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5TiO3(NBT-KBT-15)薄膜的晶体结构、表面微结构、漏电、铁电、介电和压电性能的影响。结果表明,LNO电极有助于提高NBT-KBT-15薄膜的结晶度、剩余极化强度和有效压电系数d33eff,且有助于降低漏电流和介电损耗。 4.第4章中,我们研究了不同KBT组分对NBT-KBT-100x薄膜的晶体结构、表面粗糙度、漏电、介电和压电性能的影响。结果表明,NBT-KBT-100x薄膜在组分x=0.15时具有最低漏电流密度、最大的介电及压电常数。我们进一步采用纳米压痕仪对NBT-KBT-15薄膜进行压痕测试,获得了这种薄膜弹性模量和硬度。
【学位授予单位】:湘潭大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM22

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