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BaO-TiO_2-SiO_2系极性玻璃陶瓷及其薄膜研究

朱满康  
【摘要】:传统的玻璃晶化过程中,晶核剂或其它一些作用,如分相、旋节分解等,对玻璃的晶化过程起着主导地位,由此所获得的产物-玻璃陶瓷的晶粒在宏观上呈现无序分布的状态。但是,材料科学的发展表明,具有晶粒定向排列结构的材料,在力学、电学和光学性能等方面表现出比传统陶瓷材料更为优异的性能。Ramesh 和Schlom 在2002 年6 月《Science》上就铁电体等一些功能材料的发展和前景指出,要取得最佳的材料性能,不仅仅需要晶体的晶粒定向生长,而且必须要求晶粒按一定的方式定向生长。目前,控制晶粒定向生长,使之按人们对材料性能的要求在特定的方向实现晶粒定向结构,已成为当前材料科学中的一个重要研究课题,也是材料设计的一个有力手段。 钡钛硅石(Ba_2TiSi_2O_8)属于四方晶系,空间群为C~2_(4V)-P4bm,c 轴为晶体的极轴,轴比a/c 为1:0.611。该晶体结构中,Si 离子以[Si_2O_7]双四面体形式存在;Ti~(4+)的配位数为5,位于四方锥[TiO_5]的中心;[Si_2O_7]和[TiO_5]以顶点相连的方式构成层状结构;Ba~(2+)的配位数为10,位于层间。钡钛硅石由于具有特殊的5配位[TiO_5]氧多面体和层状结构,引起人们极大的注意。它具有特殊的压电特性:较高的压电系数d_(33)和d_(31)都是正值,因此其压电优值因子较高,作为高灵敏度的换能接收器,有较高的应用价值;稳定的压电和介电特性,在875K以下的温度范围内,其介电、压电和机电性能基本保持不变。在声表面波方面,较高的耦合系数,低的延迟温度系数,器件上的应用前景,受到人们的特别关注。Ba_2TiSi_2O_8晶体曾引起了人们的热情关注,而由这种极性晶体的微晶与残余玻璃相以(1-3)相复合构成的极性定向玻璃陶瓷也得到了研究者的重视。著名的铁电物理学家、美国Pennsylvania State University 资深教授Cross在Appl. Phys. Lett.上评论极性玻璃陶瓷的出现,是“为压电材料家族添加了新的成员,提供了一种新的制备方法”。 本论文工作以Ba_2TiSi_2O_8 为研究对象,通过特殊恒温场晶粒定向生长工艺,制备了具有晶粒定向结构的Ba_2TiSi_2O_8极性玻璃陶瓷,研究了添加氧化物


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