基于电射流的PZT厚膜制备及其性能表征

摘要

PZT厚膜以其驱动力强、频率范围宽、灵敏度高、兼容性强等优良性能，在航空航天、医疗诊断、电子信息等领域得到广泛应用。电射流技术作为一种微纳尺度增材制造技术，是利用液态流体在电场力、机械力等作用下形成稳定的精细射流和纳米级液滴，实现材料沉积成型，具有成型精度高、可控性强、基底及沉积材料适应性强等优点。本文构建了压电膜结构极化装置，配制了PZT复合悬浮液，进行了硅衬底PZT厚膜的电射流沉积制备及性能研究，开展了无衬底PZT厚膜的制备及性能研究。
　　首先，设计并构建了压电膜结构极化装置。构建的极化装置满足了电压、温度、时间等关键参数的调节及控制要求，适用于微小尺度压电膜结构及压电器件的极化处理。采用高能球磨法获得了PZT复合悬浮液。研究了球磨时间对悬浮液物理性质的影响，获得了适用于电射流沉积的PZT复合悬浮液。
　　然后，进行了硅衬底PZT厚膜的电射流沉积制备及电学性能研究。研究了PZT悬浮液配比和球磨时间对厚膜形貌的影响，利用配比为10g/10ml（表示悬浮液由10g PZT粉末和10ml PZT溶胶混合而成）的PZT悬浮液经高能球磨50h，沉积获得了致密、无裂纹的PZT厚膜。研究了PZT厚膜的退火结晶工艺，在720℃、20min退火条件下获得了纯钙钛矿相的PZT厚膜。利用PZT溶胶对电射流沉积PZT厚膜进行了逐层渗透处理，进一步提高了厚膜的致密性，改善了其电学性能。其中，剩余极化强度Pr提高至原来的2.3倍，1kHz-100kHz频率范围内介电常数ε提高至原来的2.4倍。
　　最后，开展了无衬底PZT厚膜的制备及电学性能研究。采用湿法刻蚀工艺实现了PZT厚膜硅衬底的剥离。研究了衬底材料对电射流沉积PZT厚膜电学性能的影响，结果表明，去除硅衬底后电射流沉积PZT厚膜的剩余极化强度Pr和压电常数d33皆提高至原来的近2倍。此外，进行了PZT纤维退火工艺及极化性能研究，确定了其适合的退火工艺参数和极化工艺参数。

目录

声明

1 绪论

1.1 PZT厚膜简介

1.2 电射流沉积技术简介

1.3 课题的提出及研究内容

2 压电膜结构极化装置构建及PZT浆料配制

2.1 压电膜结构极化装置设计

2.2 压电膜结构极化装置构建

2.3 PZT悬浮液的制备及性质表征

2.4 PZT厚膜的性能表征

2.5 本章小结

3 硅衬底PZT厚膜电射流沉积制备及表征

3.1 PZT厚膜制备工艺流程

3.2 氧化锆缓冲层制备

3.3 PZT厚膜的电射流沉积

3.4 PZT厚膜的溶胶渗透

3.5 PZT厚膜的退火

3.6 PZT厚膜电学性能表征

3.7 本章小结

4 无衬底PZT厚膜制备及表征

4.1 无衬底PZT厚膜制备

4.2 无衬底PZT厚膜的极化

4.3 无衬底PZT厚膜的电学性能分析

4.4 PZT纤维的退火

4.5 PZT纤维的极化性能分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢