基于PZN-PZT压电陶瓷的制备与性能研究

摘要

PZT体系，自发现以来，因其优异的压电介电性能，在电子产业中发挥着巨大作用，其主要应用于驱动器和传感器等电子器件。在大量实验中，人们发现当PbZrO3∶PbTiO3≈0.52∶0.48时，即准同型相界附近，PZT有着良好的性能。为了进一步提高PZT的性能去满足某些器件的要求，实验中通常对PZT采取两种方式，一种是通过对PZT进行掺杂来提高其介电压电性能，另一种是加入弛豫铁电体形成三元体系。在所有的含铅的弛豫铁电体中，Pb(Zn1/3Nb2/3)O3(PZN)是其中最重要的弛豫铁电体之一。
　　目前的工作，主要集中在以PZT为基的三元陶瓷的研究，比如Pb(Fe1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/2Nb1/2)O3-PbZr0.52Ti0.48O3,Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-Pb(Zn1/3-Nb2/3)O3-PbZr0.52Ti0.48O3和Pb(Yb1/2Nb1/2)O3-Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-PbZr0.48Ti0.52O3,至今还没有关于Pb(Al1/2Nb1/2)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbZr0.52Ti0.48O3的报道，因此，本论文对xPAN-PZN-PZT体系陶瓷进行了制备和表征。
　　本实验采用传统方法来制备xPZN-PZT体系陶瓷，通过研究发现:随着x的增加，xPZN-PZT体系的相结构从四方相向三方相转变，综合分析可以得出xPZN-PZT体系的准同型相界MPB在x=0.2-0.3附近。室温下，在x=0.2时，组分的最大室温应变量Stotal=0.47％，准静态压电系数d33为423pC/N，等效压电系数d*33为570pC/N。本实验得到的比较好的配方是0.2PZN-0.8PZT，为下一步的实验奠定了基础。
　　在最优配方基础上，本实验又成功设计制备了具有高电致应变特性的xPAN-(0.2-x)PZN-0.8PZT体系的陶瓷，研究了其组分与相结构、介电、铁电和压电性能间的关系，主要结论如下:通过对xPAN-PZN-PZT体系的相结构和电学性能的分析，大致可以判断出该体系的准同型相界在x=0.02-0.05附近;当x=0.02时，陶瓷样品具有优异的介电铁电性能，其中饱和极化强度Pm为46.3μC/cm2，剩余极化强度Pr为42μC/cm2和Pr/Pm为90.5％，Tm为283℃，室温最大应变量Stotal=0.48％，Sneg=0.31％，准静态压电系数d33=410pC/N;发现PAN能够提高材料的场致应变，当x=0.1时，室温下，在3kV/mm的电场下可获得～0.24％的场致应变，等效压电系数高达767pm/V，可应用于位移控制等领域。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 文献综述

1．2．1 压电材料及其特点

1．2．2 压电陶瓷的结构

1．2．3 PZN-PZT压电陶瓷材料的研究现状

1．3 选题背景及研究内容

1．3．1 问题的提出

1．3．2 研究思路和研究内容

第2章 实验制备与表征

2．1 实验内容

2．2 样品的制备

2．2．1 实验原料与主要仪器

2．2．2 实验制备流程

2．3 性能测试

2．3．1 相结构测试

2．3．2 电性能测试

第3章 xPZN-PZT陶瓷的制备与表征

3．1 xPZN-PZT的相结构分析

3．2 xPZN-PZT 体系的介电性能

3．2．1 xPZN-PZT 体系的介温谱

3．2．2 xPZN-PZT的介电性能与组分x的关系

3．3 xPZN-PZT体系的铁电性能

3．4 xPZN-PZT体系的压电性能

3．4．1 xPZN-PZT体系的场致应变与组分x的关系

3．4．2 xPZN-PZT体系的准静态压电系数与等效压电系数

3．5 本章小结

第4章 xPAN-PZN-PZT陶瓷的制备与性能表征

4．1 xPAN-PZN-PZT的相结构分析

4．2 xPAN-PZN-PZT体系的介电性能

4．2．1 xPAN-PZN-PZT体系的介温谱

4．2．2 介电性能与组分x的关系

4．3 xPAN-PZN-PZT体系的铁电性能

4．3．1 室温下xPAN-PZN-PZT体系的铁电性能与组分x的关系

4．3．2 xPAN-PZN-PZT体系铁电性能与温度的关系

4．4 xPAN-PZN-PZT体系的压电性能

4．4．1 xPAN-PZN-PZT体系的压电性能与组分x的关系

4．4．2 xPAN-PZN-PZT体系的压电性能与温度的关系

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果

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