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介电相玻璃相共烧结多相复合厚膜的制备及介电、热释电性能研究

2020-11-23阅读(336)

介电相玻璃相共烧结多相复合厚膜的制备及介电、热释电性能研究

论文摘要

热释电材料的性质直接决定了非制冷红外探测器件的特性,目前的热释电材料为了获得室温下高热释系数其居里温度一般在室温附近,当环境温度超过热释电材料的居里点时将导致器件失效,因此对工作温度范围有较高的要求。并且,目前热释电探测材料以陶瓷块材为主,薄膜态热释电材料尚未实用化。因此,开发一种复合热释电厚膜材料,使其在较宽温度范围内具有多个强的热释电峰,既可利用材料的复合效应,使材料具有高的热释电响应,又可拓宽工作温度范围,降低探测器对使用环境温度的要求,这对是红外热像仪性能的突破和成本的降低具有重要意义。 本论文的研究目的在于成功制备BST/PLT两相复合共存,具有宽温度响应范围和高热释电系数的复相厚膜材料,为开发新型高性能热释电探测器打下基础。本研究通过形成玻璃相对BST和PLT颗粒的包裹结构将BST和PLT两相间的扩散转化为BST和PLT分别与玻璃相扩散的理念,进行特殊配方设计控制并获得BST/PLT两相共存复相体系;通过深入研究BST或PLT与玻璃相的扩散机制及其影响介电、热释电性能的机制,掌握复合厚膜体系中介电性能和热释电性能与结构和晶相控制间的关系。最终达到了获得高性能两相共存的复合厚膜材料的目的。 本文全面回顾了复合材料,厚膜材料以及热释电材料的研究进展,比较了常用厚膜材料及复合材料的性能和制备方法,总结了现有热释电材料的优缺点及影响其介电、热释电性能的因素。用XRD、SEM、TEM、EDS、TG/DTA、阻抗分析仪和热释电测试系统等分析了BST厚膜、PLT厚膜和BST/PLT复合厚膜的制备、微观结构、介电和热释电性能。对两相共存形成的机理,对厚膜结构和性能受晶相与玻璃相扩散的影响机制、对复合厚膜材料介电常数和热释电系数的复合规律,对复合厚膜介电和热释电性能的产生和提高进行了详细研究。具体研究内容及研究结论如下: （1） 对BST厚膜、PLT厚膜和BST/PLT复合厚膜的制备工艺进行了研究。采用溶胶-凝胶法成功合成了具有良好的粒径分布和合适的颗粒尺寸的纯相BST(Ba0.8Sr0.2TiO3)粉末和PLT(Pb0.82La0.18TiO3)粉末。采用淬冷法合成了PbO含量分别为0.2,0.35,0.5,0.65和0.8的xPbO-（1-x）B2O3玻璃粉末。采用制备的BST粉末,PLT粉末和xPbO-（1-x）B2O3玻璃粉末为厚膜浆料无机相,应用丝网印刷法在具有银底电极的Al2O3基板上成功制备了BST厚膜、PLT厚膜和BST/PLT复合厚膜。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 第2章 文献综述
  • 2.1 复合功能材料
  • 2.1.1 复合材料的设计原则
  • 2.1.2 结构复合材料
  • 2.1.3 无机功能复合材料
  • 2.2 厚膜材料
  • 2.2.1 厚膜材料的制备方法
  • 2.2.2 厚膜材料的研究和应用背景
  • 2.3 BST和 PLT的介电和热释电性质
  • 2.3.1 铁电材料
  • 2.3.2 钛酸锶钡（BST）和镧钛酸铅（PLT）的结构
  • 2.3.3 影响钛酸锶钡（BST）介电和热释电性质的主要因素
  • 2.3.4 影响镧钛酸铅（PLT）介电和热释电性质的主要因素
  • 2.3.5 弥散型相变
  • 2.3.6 扩散与核壳结构
  • 2.4 本论文的研究目的和意义
  • 2.5 参考文献
  • 第3章 样品制备、实验方法及测试方法
  • 3.1 样品制备
  • 2O3玻璃粉末的制备'>3.1.1 BST和 PLT粉末及xPbO-（1-x） B2O3玻璃粉末的制备
  • 3.1.2 BST厚膜，PLT厚膜和 BST/PLT复合厚膜的制备
  • 3.2 介电和热释电性能测试
  • 3.2.1 电极的制备
  • 3.2.2 介电性能测试
  • 3.2.3 热释电性能测试
  • 3.2.4 电滞回线测量
  • 3.3 物相结构和微观结构测试方法
  • 3.3.1 X射线衍射（XRD）
  • 3.3.2 差热分析和热失重分析（DTA/TGA）
  • 3.3.3 扫描电子显微镜（SEM）
  • 3.3.4 X射线能谱仪（EDS）
  • 3.3.5 透射电子显微镜（TEM）
  • 3.4 参考文献
  • 第4章 介电相玻璃相共烧结多相复合厚膜的制备及形成机理分析
  • 4.1 引言
  • 4.2 BST厚膜，PLT厚膜的形成过程及成膜机理分析
  • 4.2.1 BST和 PLT粉末的形貌和粒度分布
  • 4.2.2 BST厚膜的制备条件和成膜过程分析
  • 4.2.3 PLT厚膜的制备条件和成膜过程分析
  • 4.3 BST/PLT复合厚膜的形成过程及成膜机理分析
  • 4.3.1 BST/PLT复合厚膜的制备条件和成膜过程分析
  • 4.3.2 BST/PLT复合厚膜中各相的分布研究和晶相颗粒间的连接方式
  • 4.3.3 BST/PLT复合厚膜中玻璃相对颗粒的包裹
  • 4.4 小结
  • 4.5 参考文献
  • 第5章 介电相/玻璃相共烧结多相复合厚膜的制备与结构性能研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 BST，PLT及玻璃粉末的结构分析
  • 5.2.1 溶胶-凝胶法制备 BST和 PLT粉末的晶相形成过程
  • 5.2.2 BST，PLT及玻璃粉末的相结构
  • 5.3 BST，PLT及 BST/PLT复合厚膜的晶相结构研究
  • 5.3.1 BST厚膜的晶相形成与结构
  • 5.3.2 PLT厚膜的相结构与特性
  • 5.3.3 BST/PLT厚膜的晶相结构及特性
  • 5.4 小结
  • 5.5 参考文献
  • 第6章 介电相玻璃相共烧结多相复合厚膜的介电性能
  • 6.1 引言
  • 6.2 BST厚膜介电性能研究
  • 6.2.1 不同条件下制备 BST厚膜的介电行为
  • 6.2.2 玻璃相与BST相间扩散对 BST厚膜介电性能影响机理分析
  • 6.3 PLT厚膜介电性能研究
  • 6.3.1 不同条件下制备 PLT厚膜的介电行为
  • 6.3.2 玻璃相与PLT相间扩散对 PLT厚膜介电性能影响机理分析
  • 6.4 BST/PLT复合厚膜介电性能研究
  • 6.4.1 不同条件下制备 BST/PLT复合厚膜的介电行为
  • 6.4.2 BST/PLT复合厚膜中各相介电常数的复合规律及其受扩散的影响
  • 6.5 小结
  • 6.6 参考文献
  • 第7章 介电相玻璃相共烧结多相复合厚膜的热释电性能
  • 7.1 引言
  • 7.2 BST厚膜的热释电性能研究
  • 7.2.1 不同条件下制备 BST厚膜的热释电性行为
  • 7.2.2 玻璃相与BST相间扩散对 BST厚膜热释电性能影响机理分析
  • 7.3 PLT厚膜的热释电性能研究
  • 7.3.1 不同条件下制备 PLT厚膜的热释电行为
  • 7.3.2 玻璃相与 PLT相间扩散对 PLT厚膜热释电性能影响机理分析
  • 7.4 BST/PLT复合厚膜的热释电行为
  • 7.4.1 不同条件下制备 BST/PLT复合厚膜的热释电行为
  • 7.4.2 BST/PLT复合厚膜中各相热释电系数的复合规律
  • 7.5小结
  • 7.6 参考文献
  • 第8章 全文研究总结与展望
  • 8.1 全文研究总结
  • 8.2 存在的问题与展望
  • 攻读博士学位期间发表的论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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