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Pb(Zr0.2Ti0.8)O3与Pb(Zr0.8Ti0.2)O3及其复合膜电热效应研究

2020-12-17阅读(379)

Pb(Zr0.2Ti0.8)O3与Pb(Zr0.8Ti0.2)O3及其复合膜电热效应研究

论文摘要

铁电电介质材料,在绝热条件下去极化时产生致冷效应,即电热效应（ECE）,利用电热效应研制的铁电致冷器结构简单,体积小巧,便于操作,使用方便,不造成环境污染,锆钛酸铅（PZT）基铁电薄膜在较低的场强下,可以获得巨电热效应,在电子航天军事等方面具有广阔的应用前景。本文针对100℃--200℃的致冷温区,采用溶胶-凝胶法结合快速热处理工艺（RTA）在铂基底上分别制备Pb0.7Sr0.3(Zr0.2Ti0.8)O3、Pb0.75Sr0.25(Zr0.8Ti0.2)O3单一组分薄膜及Pb0.7Sr0.3(Zr0.2Ti0.8)O3/Pb0.75Sr0.25(Zr0.8Ti0.2)O3两种组份复合薄膜（简称PSZT）。X射线衍射（XRD）分析结果表明,450℃预烧,650℃下RTA工艺制备的单一组份Pb0.7Sr0.3(Zr0.2Ti0.8)O3和Pb0.75Sr0.25(Zr0.8Ti0.2)O3薄膜均为单一钙钛矿结构的多晶薄膜,分别采用一步和二步快速热处理工艺对复合薄膜进行热处理,均能得到单一钙钛矿结构的薄膜,二步退火相比于一步退火得到的薄膜衍射峰强度明显增强。SEM分析结果表明,晶粒均匀,薄膜致密,与衬底结合紧密。分别对三种PSZT薄膜铁电介电性能进行测试评价。PSZT薄膜的电滞回线均呈现铁电体特征,铁电性良好。施加相同的外电场,复合薄膜剩余极化值最大,矫顽场最低。通过控制锆钛比和锶的掺入量,有效调节了PSZT薄膜居里温度至所需范围。对于三种薄膜介电温谱的测试,Pb0.7Sr0.3(Zr0.2Ti0.8)O3薄膜表现出典型的铁电体介电温谱特征,相变发生于一个温度点,呈现尖锐的峰,Pb0.75Sr0.25(Zr0.8Ti0.2)O3与复合薄膜介电温谱不显示尖锐的峰,而呈现出相当宽的平缓的峰,表明薄膜呈现弥散相变,具有弛豫性。分别对三种PSZT薄膜电热效应进行测试评价。热力学公式计算铁电薄膜电热温变值,三种薄膜在各自的居里点附近均出现了最大电热温变值。复合薄膜具有较宽的有效电热温区。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景及研究的目的和意义
  • 1.2 电热效应致冷原理
  • 1.3 电热效应致冷工作原理
  • 1.4 电热效应研究进展
  • 1.4.1 陶瓷电热效应研究进展
  • 1.4.2 陶瓷薄膜电热效应研究进展
  • 1.4.3 PZT电热效应研究进展
  • 1.4.4 梯度复合薄膜电热效应研究进展
  • 1.5 论文主要研究内容
  • 第2章 试验材料及方法
  • 2.1 试验材料及制备方法
  • 2.1.1 锆钛锶铅溶胶制备原料
  • 2.1.2 锆钛锶铅薄膜制备仪器
  • 2.2 样品物相形貌分析
  • 2.2.1 样品XRD射线衍射分析
  • 2.2.2 样品形貌分析
  • 2.3 样品铁电与介电性能测试
  • 2.3.1 样品铁电性能测试
  • 2.3.2 样品介电性能测试
  • 第3章 PSZT薄膜制备及微观结构
  • 3.1 引言
  • 3.2 PSZT溶胶制备
  • 3.3 PSZT薄膜制备
  • 3.4 PSZT薄膜相组成分析
  • 3.4.1 PSZT干胶粉热行为分析
  • 3.4.2 PSZT薄膜晶化物相分析
  • 3.5 PSZT薄膜形貌分析
  • 3.5.1 单一组分PSZT薄膜形貌
  • 3.5.2 复合PSZT薄膜形貌
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 PSZT薄膜铁电和介电性能
  • 4.1 PSZT薄膜电滞回线
  • 4.2 PSZT薄膜漏电特性
  • 4.3 PSZT薄膜疲劳性能
  • 4.4 PSZT薄膜介电频谱
  • 4.5 PSZT薄膜介电常数-电压特性曲线
  • 4.6 PSZT薄膜介电温谱
  • 4.7 本章小结
  • 第5章 PSZT薄膜电热性能
  • 5.1 引言
  • 0.7Sr0.3(Zr0.2Ti0.8)O3 薄膜的电热效应'>5.2 Pb0.7Sr0.3(Zr0.2Ti0.8)O3薄膜的电热效应
  • 0.75Sr0.25(Zr0.8Ti0.2)O3 薄膜的电热效应'>5.3 Pb0.75Sr0.25(Zr0.8Ti0.2)O3薄膜的电热效应
  • 5.4 PSZT复合薄膜电热效应
  • 5.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢

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