论文题目: BaO-TiO2-SiO2系极性玻璃陶瓷及其薄膜研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料物理与化学
作者: 朱满康
导师: 严辉
关键词: 钡钛硅石,压电,晶粒定向,玻璃陶瓷,薄膜
文献来源: 北京工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 传统的玻璃晶化过程中,晶核剂或其它一些作用,如分相、旋节分解等,对玻璃的晶化过程起着主导地位,由此所获得的产物-玻璃陶瓷的晶粒在宏观上呈现无序分布的状态。但是,材料科学的发展表明,具有晶粒定向排列结构的材料,在力学、电学和光学性能等方面表现出比传统陶瓷材料更为优异的性能。Ramesh 和Schlom 在2002 年6 月《Science》上就铁电体等一些功能材料的发展和前景指出,要取得最佳的材料性能,不仅仅需要晶体的晶粒定向生长,而且必须要求晶粒按一定的方式定向生长。目前,控制晶粒定向生长,使之按人们对材料性能的要求在特定的方向实现晶粒定向结构,已成为当前材料科学中的一个重要研究课题,也是材料设计的一个有力手段。钡钛硅石（Ba2TiSi2O8）属于四方晶系,空间群为C24V-P4bm,c 轴为晶体的极轴,轴比a/c 为1:0.611。该晶体结构中,Si 离子以[Si2O7]双四面体形式存在;Ti4+的配位数为5,位于四方锥[TiO5]的中心;[Si2O7]和[TiO5]以顶点相连的方式构成层状结构;Ba2+的配位数为10,位于层间。钡钛硅石由于具有特殊的5配位[TiO5]氧多面体和层状结构,引起人们极大的注意。它具有特殊的压电特性:较高的压电系数d33和d31都是正值,因此其压电优值因子较高,作为高灵敏度的换能接收器,有较高的应用价值;稳定的压电和介电特性,在875K以下的温度范围内,其介电、压电和机电性能基本保持不变。在声表面波方面,较高的耦合系数,低的延迟温度系数,器件上的应用前景,受到人们的特别关注。Ba2TiSi2O8晶体曾引起了人们的热情关注,而由这种极性晶体的微晶与残余玻璃相以（1-3）相复合构成的极性定向玻璃陶瓷也得到了研究者的重视。著名的铁电物理学家、美国Pennsylvania State University 资深教授Cross在Appl. Phys. Lett.上评论极性玻璃陶瓷的出现,是“为压电材料家族添加了新的成员,提供了一种新的制备方法”。本论文工作以Ba2TiSi2O8为研究对象,通过特殊恒温场晶粒定向生长工艺,制备了具有晶粒定向结构的Ba2TiSi2O8极性玻璃陶瓷,研究了添加氧化物
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 玻璃晶化理论
1.2.1 玻璃的均相成核
1.2.2 玻璃的异相成核
1.2.3 晶体生长
1.3 玻璃陶瓷晶粒定向生长及其主要方法
1.3.1 玻璃定向晶化方法
1.3.2 晶粒定向玻璃陶瓷的结构对称性
1.4 钡钛硅石(Fresnoite)体系的研究现状与进展
1.4.1 Ba_2TiSi_2O_8 晶体结构与性质
1.4.2 Ba_2TiSi_2_O8 极性玻璃陶瓷
1.4.3 Ba_2TiSi_2O_8 薄膜的研究现状
1.5 本文的主要工作内容
第2章 Ba_2TiSi_2O_8极性玻璃陶瓷制备、结构与性质
2.1 引言
2.2 Ba_2TiSi_2O_8玻璃组成基础组成的选择
2.2.1 玻璃样品的制备过程
2.2.2 Ba_2TiSi_2O_8 玻璃晶化性能和玻璃陶瓷结构分析
2.3 恒温场晶粒定向生长工艺
2.3.1 玻璃的表面晶化与体析晶
2.3.2 成核温度的确定
2.4 添加氧化物对Ba_2TiSi_2O_8极性玻璃陶瓷结构与性能的影响
2.4.1 外加CaO的影响
2.4.2 外加ZrO_2 的影响
2.4.3 晶粒大小分析
2.5 Ba_2TiSi_2O_8极性玻璃陶瓷的性能及应用
2.5.1 Ba_2TiSi_2O_8玻璃陶瓷的压电性能
2.5.2 声表面波基片的应用
2.5.3 非线性光学性能-二次谐波产生(SHG)
2.6 本章小结
第3章 Ba_2TiSi_2O_8玻璃陶瓷结晶动力学和晶粒定向生长机理
3.1 引言
3.2 玻璃析晶动力学研究
3.2.1 John-Mehl-Avrami 方程及其在差热分析中的应用
3.2.2 Ba_2TiSi_2O_8玻璃的析晶动力学
3.3 恒温场工艺下晶粒定向生长机理研究
3.3.1 恒温场中玻璃内部的Ti 离子迁移
3.3.2 玻璃-晶体转变产生的体积效应
3.3.3 微晶偶极子模型及其内生静电场的作用
3.4 本章小结
第4 章 Ba_2TiSi_2O_8薄膜的制备与微观结构研究
4.1 引言
4.2 薄膜制备方法简介
4.2.1 磁控溅射法
4.2.2 溶胶-凝胶法
4.3 溅射工艺对Ba_2TiSi_2O_8薄膜微观结构的影响
4.3.1 溅射工艺对膜厚的影响
4.3.2 薄膜中Ba 缺失现象及其控制
4.3.3 薄膜中的Si 过量现象
4.3.4 薄膜结晶度及取向性
4.4 溶胶凝胶工艺对Ba_2TiSi_2O_8薄膜结构的影响
4.4.1 晶相结构分析
4.4.2 红外分析
4.4.3 Raman 光谱分析
4.5 溶胶-凝胶层对溅射Ba_2TiSi_2O_8薄膜显微结构的影响
4.5.1 Sol-gel 过渡层微观结构
4.5.2 薄膜溅射过程
4.5.3 Ba_2TiSi_2O_8复合薄膜的Raman 光谱的分析
4.5.4 Ba_2TiSi_2O_8复合薄膜定向程度分析
4.5.5 Ba_2TiSi_2O_8复合薄膜AFM 形貌观察
4.6 本章小结
总结
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
发布时间: 2005-09-21
参考文献
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