钙钛矿型铁电固溶体在准同型相界附近的结构和性能

论文摘要

组成在准同型相界附近的钙钛矿型铁电固溶体由于在结构和性能方面的特殊性而备受人们的关注,本论文从提高电学性能的角度出发对这类材料进行了系统的研究。本文归纳并提出了三元陶瓷体系中准同型相界组成的线性组合规律,并通过设计的实验进一步验证了此规律的普遍适用性。线性组合规律可以成为三元系统中寻找具有较好性能组成的指导原则。依照线性组合规律选择了PNN–PZN–PT体系中的系列组成,采用铌铁矿预产物法合成了具有这些组成的陶瓷,并对其相结构和性能进行了研究。结果表明,此三元系统中存在较宽的线性准同型相界区,富Zn的组成区域含有焦绿石相,性能较好的组成集中在富Ni区,其中0.56PNN–0.14PZN–0.30PT陶瓷的极值介电常数为约24500,压电系数达到730pC/N左右。在PMN–PNN–PT的三元陶瓷体系中同样也发现了线性的准同型相界区,此系统中较理想性能的组成为0.53PMN–0.13PNN–0.34PT,其极值介电常数和压电系数分别达到32000和700pC/N左右。将线性组合规律进一步运用到四元体系中。由PNN–PZN–PT和PMN–PNN– PT中性能较好的组成点经过线性组合得到的PMN–PNN–PZN–PT四元系陶瓷显示出了更为优异的电学性能,其中部分试样的极值介电常数达到36000? 37000,压电系数达到860? 900pC/N左右。这表明,组元的多样化是提高陶瓷电学性能的有效途径,而线性组合规律在更多组元构成的体系中也是适用的。比较了不同气氛条件下烧成的同组成PMN–PNN–PT陶瓷的电学性能,发现高温条件下铅含量的挥发将会导致铅基钙钛矿型铁电陶瓷性能的下降。通过实验观察到了铅基钙钛矿型铁电陶瓷中具有自由生长形貌的晶粒,在此基础上提出了铅基弛豫铁电单晶的生长机理。这不仅有助于我们解释实验中观察到的一些现象,也能够阐明文献中报道的一些弛豫铁电单晶的外观形貌形成的原因,并可为单晶生长工艺的进一步改进提供依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 铁电体
• 1.1.1 自发极化和铁电性
• 1.1.2 晶体结构和铁电畴
• 1.1.3 铁电体的相变
• 1.1.4 铁电体的类别划分
• 1.2 课题的研究背景
• 1.2.1 复合钙钛矿型弛豫铁电体
• 1.2.2 准同型相界
• 1.2.3 铅基钙钛矿型铁电单晶的制备
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 钙钛矿型三元铁电材料的准同型相界区域
• 2.1 铁电陶瓷性能的改进
• 2.1.1 陶瓷的织构化
• 2.1.2 陶瓷组元的多样化
• 2.2 准同型相界组成线性组合规律的提出
• 2.3 线性组合规律的验证
• 2.4 多元体系组成选择的设计
• 第3章 PNN-PZN-PT 陶瓷的相结构和电学性能
• 3.1 线性组合的准同型相界线上陶瓷结构和性能的研究
• 3.1.1 三元体系中组成的选择
• 3.1.2 实验过程
• 3.1.3 微观形貌和相结构
• 3.1.4 介电和铁电性能
• 0.8Zn_0.2)_1/3Nb_2/3O₃–PbTiO₃ 陶瓷结构和性能的研究'>3.2 Pb(Ni_0.8Zn_0.2)_1/3Nb_2/3O₃–PbTiO₃陶瓷结构和性能的研究
• 3.2.1 实验过程
• 3.2.2 微观形貌和相结构
• 3.2.3 介电性能
• 3.2.4 铁电性能
• 3.3 三元系统准同型相界区域的综合分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 PMN-PNN-PT 陶瓷的相结构和电学性能
• 4.1 三元体系中组成的选择
• 4.2 实验过程
• 4.3 实验结果分析
• 4.3.1 相结构
• 4.3.2 介电和压电性能
• 4.4 调整的准同型相界组成及其性能
• 4.5 烧结工艺对陶瓷性能的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 PMN-PNN-PZN-PT 陶瓷的相结构和电学性能
• 5.1 四元体系中组成的选择
• 5.2 实验过程
• 5.3 实验结果分析
• 5.3.1 相结构
• 5.3.2 介电和压电性能
• 5.3.3 铁电性能
• 5.4 对多元系统准同型相界规律的认识
• 5.5 本章小结
• 第6章 铅基钙钛矿型铁电陶瓷中晶粒的局部自由生长
• 6.1 陶瓷中晶粒的一般形态
• 6.2 铁电陶瓷中自由生长的晶粒
• 6.2.1 陶瓷晶粒自由生长的条件
• 6.2.2 实验过程
• 6.2.3 实验结果分析
• 6.3 铅基钙钛矿型铁电单晶的自由生长机理
• 6.3.1 铅基钙钛矿型铁电单晶的外观形貌
• 6.3.2 基于自由生长陶瓷晶粒形貌的单晶生长模型
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果