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PZT95/05薄膜的制备及介电特性研究

作　者: 未治奎
导　师: 余大书
学　校: 天津师范大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: Sol-Gel工艺 PZT95/05铁电薄膜介电弛豫等效电路
分类号: O484.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

锆钛比为95/05的锆钛酸铅在PZT相图上处于铁电相与反铁电相的相界附近,在室温下,其结构为反铁电正交相,当在压力、温度和电场等因素作用时,由于铁电相和反铁电相之间相互转换而具有许多特殊的电学性能。本文通过改进的溶胶—凝胶(sol-gel)法配制了锆钛比为95：05的溶胶凝胶,并且在最佳的环境温度下烧结得到PZT95/05薄膜。通过Wayne Kerr公司的6500型精密阻抗分析仪(PIA)性能进行了系统的测试及研究。主要研究内容有如下几方面：(1)优化了PZT溶胶配制、烧结、镀电极、极化处理等工艺。(2)通过改变样品的环境温度分析其介电性能可知：当达到样品的居里温度Tc时,样品的介电常数和介电损耗因素均出现异常。绘制出不同温度下样品的Cole-Cole实验图,除了在居里温度以外,其余温度下均符合Davidson-Cole(歪斜圆弧)模型,结合理论计算获得了驰豫时间分布关系。(3)通过对不同底电极上试样介电性能分析和比较：一方面,在铂电极上的PZT95/05薄膜介电常数比在LNO底电极高,且损耗较小。另一方面,在LNO底电极上的薄膜表现有很好的介电弛豫现象。(4)通过对样品的等效电路分析得出：首先,PZT95/05薄膜与一般压电振子相比,该材料属于反谐振频率极大的特殊压电振子；其次,等效电路的模拟参数结果R1=1690(?),C1=2.78×10-13F,L1=1.392×10-5H,Co=5.84×10-12F,R0=20×106(?),结合交流阻抗谱模型分析,求得k2=0.0454(k=21.2%),fs=81MHz,Q=4.2,其中,机电耦合系数高于文献报道的准同型相界处PZT53/47组分的情况。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
第一章绪论  10-17
  1.1. 研究背景  10
  1.2 PZT材料  10-13
    1.2.1 PZT材料的发展历程  10-11
    1.2.2 PZT铁电材料的结构特性  11-13
    1.2.3 PZT铁电材料的研制与性能  13
  1.3. PZT铁电薄膜  13-14
  1.4. PZT薄膜与块体材料的差异  14
  1.5. 本研究的主要内容及其研究现状  14-15
    1.5.1. 本文研究的薄膜材料及其发展现状  14-15
    1.5.2. 本研究的主要内容  15
  1.6. 本研究的目的和意义  15
  1.7. 本课题研究难点及目标  15-17
    1.7.1. 工作思路  15-16
    1.7.2. 方案设计  16
    1.7.3. 工作的重点和难点  16-17
第二章 SOL-GEL法制备PZT95/05铁电薄膜  17-28
  2.1. 引言  17-22
    2.1.1. 薄膜的研究历史  17
    2.1.2. 薄膜的制备技术  17-18
    2.1.3. 薄膜的纳米结构  18-19
    2.1.4. 薄膜的非理想情况和缺陷  19-22
  2.2 实验过程  22-27
    2.2.1. 溶胶-凝胶法配制PZT95/05型稳定溶胶  22-25
    2.2.2. LNO底电极的制备  25
    2.2.3. PZT铁电薄膜的制备  25-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章 PZT95/05铁电薄膜介电分析  28-38
  3.1. 引言  28
  3.2. 实验过程  28-29
    3.2.1. 实验设备以及材料  28-29
    3.2.2. 样品表征  29
  3.3. 结果与讨论  29-37
    3.3.1. 结构表征(XRD物相分析)  29-30
    3.3.2. 介电性能测试(介电温谱与频谱)  30-35
    3.3.3. 不同煅烧温度以及不同基底的薄膜性能的初步比较  35-37
  3.4. 本章小结  37-38
第四章介电弛豫理论拟合与等效电路分析  38-51
  4.1. 引言  38
  4.2. 结果与讨论  38-50
    4.2.1. 介电响应的本质  38-39
    4.2.2. 动态介电常数  39-41
    4.2.3. 利用模型函数分析介电谱  41-44
    4.2.4. 曲线拟合  44-46
    4.2.5. 等效电路  46-50
  4.3. 本章小结  50-51
第五章全文总结  51-53
参考文献  53-56
攻读硕士期间发表的学术论文  56-57
致谢  57

PZT95/05薄膜的制备及介电特性研究

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