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PST基弛豫铁电陶瓷的制备与性能研究

作　者: 石维
导　师: 朱建国
学　校: 四川大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: PSTT PSTZT 弛豫铁电陶瓷 缺陷钉扎
分类号: O482.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


采用一步法制备了(1-x)Pb(Sc1/2Ta1/2)O3-xPbTiO3(PSTT)和xPb(Sc1/2Ta1/2)O3-y -PbTiO3-zPbZrO3(PSTZT)弛豫铁电陶瓷。利用XRD、SEM、阻抗分析仪、压电工作站等,对PSTT和PSTZT陶瓷的晶体结构、表面形貌、介电性能、压电性能、热释电性能和铁电性能等进行了深入的分析、研究和对比。本论文的研究工作主要包括:1、利用一步法在1250℃制备出了钙钛矿相较高的PSTT陶瓷,其钙钛矿相受PT掺入量的影响,在同一温度烧结条件下,PT掺入量增加会提高PSTT(x)的钙钛矿相含量;适当过量的PbO有助于钙钛矿相的生成。2、一步法制备的PSTT陶瓷可以获得2500～3000的相对室温介电常数,其室温介电损耗较小,在0.01～0.03之间;最高峰值介电常数接近20000;PSTT(x)晶体结构和压电性能参数表明,一步烧结法制备的PSTT陶瓷的准同型相界在PSTT(45)附近,该组分压电性能较高,其平均压电常数d33在450 pC/N以上,机电耦合系数k p=0.58。PSTT(45)热释电系数为3.4×10-8C/cm2·K。3、通过采用等静压成型工艺与常规成型工艺对比,发现等静压成型所制备的PSTT材料性能优于常规成型。等静压成型的压电常数d33为546pC/N,机电耦合系数k p= 0.62;而同样烧结条件下,常规成型工艺制备的PSTT样品的d 33 = 446pC/N; k p= 0.5798。4、采用一步法制备了三元复相结构的A系PSTZT50和PSTZT54陶瓷,得到钙钛矿相结构含量较高的PSTZT陶瓷样品。发现PSTZT50-78更接近该体系陶瓷的准同型相界,其压电常数d 33 = 323pC/N,机电耦合系数k p=0.52。而在PSTZT54系中随PZ成分的变化,并没观察到明显d33峰值,且相对起伏不大,维持在60pC/N附近。5、当PSTZT固溶体系的x>0.83,PZ成分效应明显,可以把Sc3+和Ta5+认为是掺杂离子,Sc3+和Ta5+掺杂离子可能取代PZT中B位的Ti4+和Zr4+。根据电荷守恒定律,这种取代的结果会在PSTZT中诱导大量氧空位和Pb空位,并且氧空位和Pb空位B位的PZT陶瓷体系中形成缺陷偶极子。这些缺陷偶极子便形成钉扎点阻碍PSTZT电畴壁的运动,因此PSTZT陶瓷电滞回线出现了“束腰”形状。

全文目录


摘要  7-9
Abstract  9-15
第一章 前言  15-25
  1.1 研究背景  15
  1.2 弛豫铁电陶瓷  15-21
    1.2.1 铁电体与反铁电体  15-16
    1.2.2 弛豫特征  16-17
    1.2.3 钙钛矿结构产生焦绿石相的原因  17-19
    1.2.4 铅系弛豫铁电陶瓷的制备方法  19-21
  1.3 本论文研究的目的、意义及选题依据  21-22
  参考文献  22-25
第二章 PSTT 陶瓷的结构与性能  25-37
  2.1 PST 的结构与相图  25-26
  2.2 PST 的性能  26-28
    2.2.1 PST 的介电响应  26-27
    2.2.2 PST 的铁电性能  27-28
    2.2.3 PST 的热释电性能  28
  2.3 PST－PT 的相结构  28-33
    2.3.1 准同型相界  29-31
    2.3.2 PSTT 性能及准同型相界MPB 的判定  31
    2.3.3 PSTT 的热释电性能  31-33
    2.3.4 PSTT 掺杂  33
  2.4 PSTT 陶瓷制备工艺  33
  本章小结  33-34
  参考文献  34-37
第三章 PSTT 陶瓷的制备与性能表征方法  37-47
  3.1 PSTT 陶瓷制备工艺简介  37-38
  3.2 PSTT 陶瓷制备的配料计算  38-41
    3.2.1 磨料  39
    3.2.2 粉料预烧  39
    3.2.3 粉体成型  39-40
    3.2.4 样品烧结  40
    3.2.5 镀电极  40-41
    3.2.6 极化  41
  3.3 PST－PT 陶瓷的性能表征方法  41-45
    3.3.1 XRD  41-42
    3.3.2 SEM 形貌分析  42
    3.3.3 介电测试  42-43
    3.3.4 铁电测试  43
    3.3.5 热释电测试  43
    3.3.6 压电参数的计算公式  43-45
  本章小结  45-46
  参考文献  46-47
第四章 PSTT 陶瓷的性能研究  47-64
  4.1 一步法制备PSTT 陶瓷的结构及其介电性能研究  47-51
    4.1.1 一步法PSTT 陶瓷的结构研究  47-48
    4.1.2 PSTT 陶瓷的极化行为  48-50
    4.1.3 PSTT(x)陶瓷的压电性能研究  50-51
  4.2 PSTT(x)陶瓷的铁电性能  51-53
  4.3 PSTT(x)陶瓷的热释电性能研究  53
  4.4 PSTT(x)陶瓷的介温曲线  53-55
  4.5 PSTT(x)陶瓷的表面形貌  55-57
  4.6 常压成型和等静压成型工艺制备的PSTT陶瓷的性能比较  57-62
    4.6.1 PSTT 的相结构比较  57-58
    4.6.2 介电常数的频率特征  58-59
    4.6.3 压电性能的比较  59-61
    4.6.4 铁电性能比较  61-62
  本章小结  62-63
  参考文献  63-64
第五章 PST-PZT 陶瓷的性能研究  64-76
  5.1 PSTZT 的物相分析  64-66
  5.2 PSTZT 陶瓷的介电性能  66-67
    5.2.1 PSTZT50 陶瓷的介电性能  66-67
    5.2.2 PSTZT54 陶瓷的介电性能  67
  5.3 PSTZT 陶瓷的压电性能  67-69
  5.4 PSTZT 陶瓷的铁电性能  69-74
    5.4.1 室温条件下PSTZT 的电滞回线  69-72
    5.4.2 不同频率条件下PSTZT 的电滞回线  72-74
  本章小结  74
  参考文献  74-76
第六章 主要研究结论与进一步工作的建议  76-78
  6.1 主要研究结论  76-77
  6.2 进一步工作的建议  77-78
攻读硕士期间已发表或待发表论文  78-79
攻读硕士期间参与的科研项目  79-80
致谢  80

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 固体性质 > 电学性质
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