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《湘潭大学》 2010年
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钛酸铋钠—钛酸钡无铅压电薄膜制备及性能研究

张大志  
【摘要】: 压电材料(例如锆钛酸铅,PZT)由于具有优良的压电性能而广泛应用于微机电系统(MEMS)、微型执行器、传感器和微型马达等方面。当前含有PZT或其它铅物质的压电产品在生产、使用和回收等方面的铅污染问题越来越受到人们的关注,因此基于生物兼容性和环境保护的原因,无铅压电材料被作为PZT材料的替代品而不断引起人们的关注和研究。在各种无铅压电材料中,钛酸铋钠(NBT)由于具有良好的铁电性能而被认为是一种重要的压电材料,但由于其高的矫顽场和漏电流等缺点影响了该材料性能的发挥及应用。先前的研究表明,组分处于准同型相界(MPB)附近的钛酸铋钠基固溶体具有改善的介电性能和压电性能。例如,T. Takenaka等人报道了钛酸铋钠-钛酸钡固溶体陶瓷(NBT-BTx)在组分为x=0.06-0.07时存在MPB,因而具有优异的压电性能。目前的研究主要是集中于钛酸铋钠-钛酸钡单晶和陶瓷的制备及其铁电、介电和压电性能的表征,以及钛酸铋钠-钛酸钡薄膜的制备及其铁电和介电性能的表征;但是至今很少有关于钛酸铋钠-钛酸钡薄膜压电性能的研究报道。综上所述,我们选取组分处于MPB附近的0.94(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3-0.06BaTiO_3 (NBT-BT6)薄膜作为研究对象并研究其压电性能是具有学术价值和应用前景的。本论文的主要内容如下: 1.在第1章中,我们首先简介了压电材料的发展概况及其性质和应用;然后概述了无铅压电材料的研究背景和现状,并着重阐述了钛酸铋钠基无铅压电材料的研究现状。通过以上综述,我们提出了本论文的选题依据和主要内容。 2.在第2章中,我们首先简介了金属有机物分解法(MOD)及其制膜所需的仪器和实验材料;然后着重阐述了使用MOD法在Pt/Ti/SiO_2/Si(100)基底上制备NBT-BT6薄膜的详细工艺过程。 3.在第3章中,我们使用MOD法制备了750°C退火温度下的NBT-BT6薄膜。使用扫描探针显微镜表征了薄膜的压电响应蝴蝶回线,从而获得了薄膜的压电应变和有效压电系数d_(33)~。基于以上结果,我们进一步讨论了MPB附近的NBT-BT6薄膜具有高压电性能的机理。 4.由于退火温度对薄膜的微结构和性能会产生重要的影响,因此建立在第3章的研究基础上,第4章研究了退火温度(650°C、700°C、750°C和800°C)对NBT-BT6薄膜的微结构以及铁电、介电和压电性能的影响。基于这些实验结果,我们希望通过改变退火温度从而获得具有增强的铁电、介电和压电性能的NBT-BT6薄膜。 我们期望当前的研究工作对无铅钛酸铋钠-钛酸钡压电薄膜的设计和应用提供一些有用的指导。
【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】:TM282

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