PSN基弛豫型铁电陶瓷介电弛豫性能研究

摘要

弛豫铁电体是近年来迅速发展的一种非常重要的新型功能材料,被广泛的应用在电子器件中。目前各种新的弛豫铁电体层出不穷。但是对于弛豫机理,目前存在多种解释。为了更好的调控弛豫铁电体的性能,得到更多可供应用的工业材料,科研工作者一直尝试对弛豫机理做出解释。 本文采用固相氧化物二步反应法制备Pb(SC1/2Nb1/2)O3(PSN)弛豫铁电陶瓷和(1-x)Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-x PbTiO3(PSN-PT)陶瓷,并分别对它们进行了退火处理。运用X射线衍射和激光拉曼散射等分析测试手段对陶瓷微观结构进行表征与研究；运用LCR数字电桥和铁电参数测试仪等测量系统对样品的介电性能和铁电性能进行了测量和分析。 研究了退火对PSN弛豫铁电陶瓷的微观结构、介电性能和铁电性能的影响。X射线衍射谱和拉曼光谱结果分析表明,未经退火处理的陶瓷样品,其B位原子的有序度较低；当测试频率为100Hz时,其介电性能为：εr≈3.3×104,Tm≈97℃,△Tm=5℃；经过退火处理,陶瓷样品的B位原子的有序度明显升高,电性能发生了显著的变化：εr减小,Tm和△Tm均下降。研究表明,B位离子利用退火过程中获得的能量,通过热扩散,进行了重排,影响了PSN陶瓷的成键能和能量分布,导致了其介电性能和铁电性能发生了变化。我们利用双极化模型对陶瓷样品的介电温度谱进行拟合,尝试解释产生这种变化的内在驱动力。 另外,本文还研究了PbTiO3作为添加组元的(1-x)PSN-xPT陶瓷陶瓷的弛豫性能。结果表明,PbTiO3加入后,陶瓷样品中的四方相相对含量上升,陶瓷的弛豫性变小,居里温度升高。当x=0.43时,我们可以得到使用温度高的高介陶瓷。通过微观结构分析,性能提高的原因可能与Ti4+离子对PSN陶瓷B位的取代以及部分Ti4+离子进入八面体有关。这对今后的弛豫铁电体改性研究具有指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1铁电材料的研究与应用

1.2弛豫铁电陶瓷的研究进展

1.2.1 Smolensky微区化学组成不均匀模型

1.2.2有序无序模型

1.2.3宏畴-微畴转变模型

1.2.4超顺电态理论

1.2.5玻璃态模型理论

1.2.6随机场模型

1.3本课题的选题依据及主要内容

第2章实验方法与测试技术

2.1样品的合成工艺路线

2.1.1 PSN驰豫型铁电陶瓷的合成工艺路线

2.1.2(1-x)PSN-xPT陶瓷的合成工艺路线

2.2样品的表征

2.2.1 XRD分析

2.2.2 Raman分析

2.2.3介电性能测试

2.2.4电滞回线的测量

2.3本章小结

第3章热处理对PSN陶瓷微观结构和性能的影响

3.1引言

3.2结果与讨论

3.2.1微观结构分析

3.2.2介电性能分析

3.2.3铁电性能分析

3.2.4双极化模型对弛豫铁电体PSN介电温谱的拟合与分析

3.3本章小结

第4章(1-X)PSN-XPT陶瓷的性能研究

4.1引言

4.2结果与讨论

4.2.1 XRD分析

4.2.2 Raman分析

4.2.2(1-x)PSN-xPT陶瓷的介电性能

4.2.3热处理对(1-x)PSN-xPT陶瓷电学性能的影响

4.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢