纳米PZT颗粒的兆赫超声制备及压电力显微研究

论文摘要

近年来，压电厚膜的研究引起了人们极大的兴趣，与薄膜相比，厚膜的压电、铁电性能较少受界面、表面等影响，同时较大的厚度能产生更大的驱动力，且具有更宽的工作频率，其中又以PZT压电厚膜器件最为突出，这同时对PZT材料的制备提出了更高的要求。目前生产PZT颗粒的方法主要用水热合成法，但是颗粒大小难以达到纳米级。本文提出利用脉冲兆赫超声法对合成的微米级PZT颗粒进行冲击，达到制备纳米级PZT颗粒的目的，并对得到的纳米PZT颗粒进行了压电力显微测量的探索性研究，成功测得其纵向压电系数并完成比较分析。主要研究内容如下：1.从声场角度分析了兆赫超声场能量来源以及指向特性，比较分析了兆赫超声相比于普通超声所具有的优势；设计并制作试验装置，包括夹心式压电换能器，兆赫电源以及整个电路的控制方式。2.对比机械力化学制备法，提出了兆赫超声制备方法的优势，利用兆赫超声试验系统对水热法合成的微米PZT颗粒进行作用，利用扫描电镜、X射线衍射仪等分析手段对制备效果进行检测，结果证明可以制备纳米PZT颗粒。3.介绍了压电力显微镜的测量方法，提出对分散的纳米PZT颗粒探索性地进行了PFM测量，成功得到了单个颗粒的的压电响应图像，计算得到单颗粒的纵向压电系数，并把纳米级和微米级PZT颗粒的纵向压电系数进行比较分析，结果表明兆赫超声制备的纳米PZT颗粒具备压电性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 PZT 材料概述
• 1.2 PZT 纳米颗粒制备的发展现状
• 1.2.1 固相合成法
• 1.2.2 液相合成法
• 1.2.3 常规超微粉碎法
• 1.3 PZT 材料的压电显微研究发展现状
• 1.3.1 压电力显微镜的发展
• 1.3.2 压电力显微镜的架设
• 1.3.3 压电力显微的主要工作模式
• 1.4 课题来源及研究意义、创新点和研究内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 创新点
• 1.4.3 研究内容
• 第二章 兆赫超声场特性及试验系统
• 2.1 引言
• 2.2 超声波声场理论基础
• 2.2.1 描述超声场的物理量
• 2.2.2 声压分布
• 2.3 兆赫超声波声场特性
• 2.3.1 普通超声场的缺点
• 2.3.2 兆赫超声场优势
• 2.4 兆赫超声换能器设计
• 2.4.1 声源的选择
• 2.4.2 兆赫超声换能器性能指标
• 2.4.3 单元兆赫超声发生器设计
• 2.4.4 单元兆赫超声换能器结构设计
• 2.5 兆赫超声激励电源制作
• 2.5.1 兆赫电源基本原理
• 2.5.2 电源总体设计
• 2.5.3 信号发生部分
• 2.5.4 高频逆变电路部分
• 2.5.5 控制方式
• 2.6 本章小结
• 第三章 兆赫超声法制备 PZT 纳米颗粒
• 3.1 引言
• 3.2 PZT 纳米粉体材料应用前景
• 3.2.1 PZT 纳米材料应用
• 3.2.2 PZT 材料前景
• 3.3 PZT 纳米颗粒制备方案
• 3.3.1 机械力化学制备方法
• 3.3.2 兆赫超声法制备
• 3.4 材料与仪器
• 3.5 试验结果与讨论
• 3.5.1 颗粒的制备与分散
• 3.5.2 兆赫超声处理时间的影响
• 3.5.3 XRD 分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 PZT 纳米颗粒的压电力显微研究
• 4.1 引言
• 4.2 压电力显微镜测量方法
• 4.2.1 逆压电效应
• 4.2.2 测量原理
• 4.3 PZT 颗粒的 PFM 测量
• 4.3.1 试验准备
• 4.3.2 试样制作
• 4.3.3 PFM 测量过程
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 对单个颗粒的检测分析
• 4.4.2 比较分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 研究总结与展望
• 5.1 论文主要完成的工作
• 5.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读项士学位期间发表的学术论文