论文题目: 非铅铁电压电单晶材料的制备与性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 仪修杰
导师: 韩建儒,陈焕矗
关键词: 非铅铁电压电单晶,晶体生长,人造畴工程,压电性质,铁电性质
文献来源: 山东大学
发表年度: 2005
论文摘要: 铁电压电陶瓷材料由于其独特的铁电、介电、压电、热释电、光电等性能,在军事、医学、通讯等众多领域中具有广泛的应用。目前,使用的铁电压电材料主要以锆钛酸铅（Pb（Zr, Ti）O3）为主要成分的三元系材料,尤其是以Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3（简称为PMNT）、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3（简称为PZNT）为代表的驰豫性铁电单晶具有非常高的压电系数及机电耦合系数,因而受到广泛的关注。但是,由于含铅材料对人体和环境具有很大的危害,加之铅挥发引起材料及相关器件性能的不稳定,容易产生老化,增加材料及相关器件的损耗。随着人类文明程度的提高,环保意识的增强,因此,探索与研究对环境无害,性能稳定的非铅压电铁电材料具有十分重要的意义。铁电单晶的铁电、压电、介电、机电耦合等性能远远超出同类的陶瓷材料,其单晶结构远比陶瓷等多晶材料结构简单,便于物理机理的研究,因此,在材料物理等基础研究中具有更为重要的学术意义。 本论文的工作正是抓住了近年来研究非铅铁电压电材料的热点课题,针对当前国际上该领域的研究现状,开展了较为系统深入地研究工作。在众多非铅铁电系统中,钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3,简称为NBT)具有较高的铁电压电性能,可掺入Ba2+、Sr2+、Ca2+、K+等阳离子形成固溶体,其组成存在准同型相界（Morphotropic phase boundary,简称为MPB）,目前,(Na0.5Bi0.5TiO3)基铁电压电材料的研究主要集中于陶瓷材料,而对于(Na0.5Bi0.5TiO3)基铁电压电单晶的研究报道很少,对于(Bi0.5(Na1-xKx)0.5TiO3,简称为BNTK)系统未有报道,且NBT基铁电压电单晶中具有多畴结构,可以运用人造畴工程提高其压电性能,因此,本工作以钛酸铋钠系统为主开展研究。钨青铜结构的材料(Ba1-xSrx)2NaNb5O15（简称为BSNN）也具有准同型相界（MPB）,我们也作为选择对象进行了研究。这两种材料具有优良的铁电压电性能,是具有研究价值的非铅铁电压电材料。 本文通过大量的实验工作,对钙钛矿结构的钛酸铋钠钾系晶体以及钨青铜结构的BSNN晶体进行了生长实验及性能研究。主要内容为:
论文目录:
目录
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 铁电压电材料的历史、发展及应用
1.2 研究无铅压电材料的背景、应用前景及意义
1.3 目前主要无铅、少铅压电材料及其研究现状
1.3.1 含铋层状结构压电铁电材料
1.3.2 钨青铜结构压电铁电材料
1.3.3 钙钛矿结构
1.4 提高压电铁电性能的方法
1.4.1 准同型相界结构的实验发现及应用
1.4.2 人造畴工程的提出
1.5 本文主要研究对象的选择及研究的内容
参考文献
第二章 非铅铁电压电Bi_(0.5)(Na_(1-x)K_x)_(0.5)TiO_3单晶的助熔剂法生长与缺陷研究
2.1 引言
2.2 生长工艺
2.3 原料的制备及预处理
2.4 晶体的生长
2.4.1 坩埚材料的选择
2.4.2 生长装置
2.4.3 自发成核生长BNTK单晶
2.4.4 顶部籽晶法生长BNTK单晶
2.5 BNTK晶体的形貌及基本性能
2.5.1 晶体的形貌
2.5.2 晶体的电畴与畴结构
2.5.3 BNTK单晶密度
2.5.4 晶体的结构
2.5.5 晶体的热学性质
2.5.6 BNTK单晶成分的分析
2.6 BNTK晶体中的缺陷及影响晶体完整性的因素
2.6.1 BNTK晶体中的缺陷
2.6.2 影响晶体完整性的主要原因和改善途径
2.6.3 BNTK晶体助熔剂法生长的工艺参数
2.7 本章小结
参考文献
第三章 Bi_(0.5)(Na_(1-x)K_x)_(0.5)TiO_3晶体的铁电性能
3.1 性能测试实验
3.2 Bi_(0.5)(Na_(1-x)K_x)_(0.5)TiO_3晶体的介电性质
3.3 Bi_(0.5)(Na_(1-x)K_x)_(0.5)TiO_3晶体的压电性质
3.3.1 压电参数
3.3.2 晶体的压电性能
3.4 本章小结
参考文献
第四章 (Ba_(1-x)Sr_x)_2NaNb_5O_(15)非铅铁电单晶的生长及性能研究
4.1 引言
4.2 (Ba_(1-x)Sr_x)_2NaNb_5O_(15)晶体的生长
4.2.1 原料的合成及预处理
4.2.2 BSNN晶体的生长
4.3 (Ba_(1-x)Sr_x)_2NaNb_5O_(15)晶体的宏观性质
4.3.1 晶体结构
4.3.2 (Ba_(1-x)Sr_x)_2NaNb_5O_(15)晶体的热学性质
4.3.3 晶体的成分分析
4.3.4 晶体的开裂与解理
4.4 (Ba_(1-x)Sr_x)_2NaNb_5O_(15)晶体的物理性能
4.4.1 (Ba_(1-x)Sr_x)_2NaNb_5O_(15)晶体的光学性质
4.4.2 (Ba_(1-x)Sr_x)_2NaNb_5O_(15)晶体的介电性质
4.4.3 (Ba_(1-x)Sr_x)_2NaNb_5O_(15)晶体的压电性质
4.5 本章小结
参考文献
第五章 总结与展望
5.1 结论
5.2 本论文的主要创新点
5.3 需进一步探讨的问题
致谢
博士期间发表的论文及成果
发布时间: 2005-10-17
参考文献
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