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《湘潭大学》 2012年
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钛酸铋钠钾压电薄膜的制备及弛豫性能表征

董辉  
【摘要】:弛豫铁电体属于无序材料的一类,因其具有超大的压电和介电性能,在下一代传感器、制动器和换能器这些实现机械能和电能之间相互转化的器件中有着巨大的应用前景。然而,目前性能最好、用途最广的弛豫铁电材料如锆钛酸铅镧、铌镁锆钛酸铅和铌锌锆钛酸铅等都含有约占原料总量的70%的氧化铅,在制备和使用过程中,都会在很大程度上污染环境和损害人类健康。近些年出于环境保护的需求,钛酸铋钠(NBT)基无铅弛豫铁电材料如在电容器、致动器方面的应用研究引起了很大的关注。NBT在室温下呈现出强的铁电性能,高的居里温度,其被看作是一种重要的可替代的无铅压电材料。然而单一的NBT材料具有高的电导和大的矫顽场,因此比较难极化,难以获得理想的压电性能。与单一的NBT材料相比, NBT基的固溶体如NBT-BaTiO_3(BT)和NBT-K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3(KBT)具有更好的压电和介电性能是由于它们存在三方-四方的准同型相(MPB)。电子器件的微型化、新的微机电系统(MEMS)和电子器件概念上的突破,都在很大程度上推动了材料由块体转向薄膜的研究,以前的报道主要是针对NBT基块体的,本文主要针对NBT-KBT-100x弛豫薄膜展开了一系列研究,首先简介了弛豫铁电体的概念、性质、发展概况和应用,概述了NBT无铅弛豫材料结构和性能,然后介绍了NBT块体、厚膜、薄膜的弛豫现象研究现状和不足,通过以上综述,最后我们提出了本论文的选题依据。主要内容及结果如下: 1.由于NBT-KBT-100x块体材料的准同型相界在0.16-0.20范围内,而且化学溶液沉积法(CSD)方法具有精确控制掺杂量的优点,因此本文采用了CSD方法制备了准同型相界附近x=0.15、0.18、0.20、0.25的NBT-KBT-100x的薄膜。 2.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、铁电分析仪、阻抗分析仪和扫描探针显微镜,分别研究了NBT-KBT-100x(x=0.15、0.18、0.20、0.25)薄膜的晶体结构、表面微结构、铁电、介电和压电性能。用阻抗分析仪和高温烧结炉测试了NBT-KBT-18薄膜的介电温谱。结果表明,在这几种薄膜中,NBT-KBT-18薄膜具有最大的压电系数、剩余极化强度、自发极化强度、介电常数和最小的介电损耗。从介电温谱上可以得出,NBT-KBT-18薄膜具有典型的弛豫铁电特征,根据介电弛豫理论讨论了介电弛豫的机理。 3.由于焦绿石相对薄膜的微结构和性能会产生重要的影响,因此建立在上述研究的基础上,第4章研究了SrTiO_3缓冲层对NBT-KBT-20薄膜的微结构、铁电、漏电流和相变温度的影响。实验结果表明,引入缓冲层改善了薄膜织构取向和表面形貌质量,从而获得具有增强的铁电性能,提高了NBT-KBT-20薄膜的相变温度,拓宽了安全工作温度范围。
【学位授予单位】:湘潭大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM22

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