择优取向Pb(Zr0.95Ti0.05)O3铁电薄膜的巨电热效应

摘要

为缓解日益严重的环境问题，本试验研究制备了新型无氟制冷材料-富锆PZT电热材料。采用溶胶-凝胶技术在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备出择优取向富锆Pb(Zr0.95Ti0.05)O3薄膜以及稀土镧(La3+)掺杂的PZT铁电薄膜。系统地研究了不同热处理工艺对富锆PZT薄膜取向的影响以及不同择优取向对富锆PZT薄膜电热效应的影响。
　　对富锆PZT薄膜的取向生长机制进行了分析，并对富锆PZT薄膜的取向生长机制提出了相应的理论解释。采用不同的退火工艺制备富锆PZT薄膜，通过对薄膜的物相进行比较：薄膜在650℃进行快速退火，保温5min，可以得到(100)择优取向的富锆PZT薄膜；薄膜在600℃进行快速退火，保温3min，可以得到(111)择优取向的富锆PZT薄膜。另外随着预烧温度的提高，薄膜(100)取向的取向度逐渐增大，在425℃时得到最优值。
　　SEM、AFM等形貌分析表明，稀土La3+的掺杂使富锆PZT薄膜的结晶性能发生明显变化。稀土La3+掺入0.5mol％后的PZT薄膜与衬底的结合性较好，其间没有明显的扩散现象；薄膜的表面比较平整，致密性较好，形成的晶粒较均匀。随着稀土La3+掺入量不同，薄膜的粒径逐渐增大，但薄膜的粗糙度越来越小。
　　对不同择优取向的富锆PZT、PLZT薄膜的电热效应的研究表明：择优取向富锆PZT薄膜的电热效应优于多晶富锆PZT薄膜，择优取向富锆PZT薄膜的电热温变最大值ΔT=29K，而多晶富锆PZT薄膜的电热温变最大值ΔT=12K；(111)-择优取向富锆PZT薄膜的电热效应则要优于(100)-择优取向富锆PZT薄膜。另外稀土La3+的掺杂增大了富锆PZT薄膜的电热效应，当稀土La3+掺杂进入后在PZT薄膜晶格中主要占A位，破坏了结构中铁电态的长程有序排布，从而抑制了铁电态的稳定区域范围，其可能原因是La3+对Pb2+格位的取代是一种非等价电荷取代，从而改变了晶体结构中的电荷平衡态，在一定程度上影响了各晶相间的排布，增加了PZT相图中富锆区域的正交反铁电相(AFE0)的稳定区域，这有利于增加电场强度差值，进而增大了材料的电热效应。

目录

择优取向Pb(Zr0.95Ti0.05)O3铁电薄膜的巨电热效应

GIANT ELECTROCALORIC EFFECT OF ORIENTED Pb(Zr0.95Ti0.05)O3 FERROELECTRIC THIN FILMS

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 PZT电热材料的研究现状

1.3 PZT电热材料概

1.4 PZT薄膜材料的制备技术

1.4 PZT薄膜材料的制备技术

1.5 主要研究内容

第2章 试验材料与方法

2.1 富锆PZT薄膜的制备

2.2 富锆PZT粉体的物相与形貌分析

2.3 富锆PZT薄膜的物相与形貌分析

2.4 富锆PZT薄膜的电热性能测试

第3章 富锆PZT溶胶制备及粉体表征

3.1 引言

3.2 富锆PZT溶胶的制备

3.3 富锆PZT晶化过程分析及薄膜热处理工艺确定

3.4 富锆PZT结晶粉的形貌分析

3.5 稀土La3+掺杂PLZT粉体的差热及物相分析

3.6 本章小结

第4章 富锆PZT薄膜的制备及取向生长机制

4.1 引言

4.2 择优取向富锆PZT薄膜的制备

4.3 富锆PZT薄膜取向生长机制的探讨

4.4 La3+掺杂量对富锆PLZT薄膜取向生长的影响

4.5 富锆PLZT薄膜的形貌分析

4.6 本章小结

第5章 富锆PZT薄膜的电热性能

5.1 引言

5.2 顶电极的制备

5.3 富锆PZT薄膜的电性能测试

5.4 择优取向富锆PZT、PLZT薄膜的电热效应

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致 谢