反鐵電材料制冷行為理論計算與直接測試研究.pdf

1、PbZrO3是一種優(yōu)異的反鐵電材料，在外電場或力的作用下發(fā)生反鐵電-鐵電相轉變，此過程可以誘導出熵的變化，以致能夠產生大的溫度變化。本文采用Sol-gel和固相燒結法制備PbZrO3基反鐵電材料，并對其微觀、介電和電卡效應進行研究。
　　首先，采用Sol-gel法在LNO(100)/Si(100)底電極上制備厚度為1.5μm不同晶粒尺度的 Pb0.85Ba0.05La0.10(Zr0.90Ti0.10)O3和不同厚度(厚度為：1.

2、0、1.5和2.0μm)的Pb0.82Ba0.08La0.10(Zr0.90Ti0.10)O3厚膜。研究晶粒尺度和膜的厚度對反鐵電厚膜的顯微結構、宏觀電學性能、電卡效應和漏電流的影響。結果表明：隨著晶粒尺度的增加厚膜的介電常數(shù)增加，而擊穿電場下降。在25℃、E=800kV/cm時，平均晶粒尺度為0.59μm的厚膜獲得最大的T值19.9℃。而膜厚度的增加導致反鐵電性越穩(wěn)定，居里溫度增加。室溫時，厚度分別為1.0、1.5和2.0μm的厚膜在

3、E=700kV/cm時獲得最大的T值分別為25.1、19.8和13.9℃。
　　其次，研究離子摻雜量和相轉變電場對反鐵電膜材料微觀、介電性質和正負電卡效應的影響。研究表明：Pb(0.90-x)BaxLa0.10Zr0.90Ti0.10O3厚膜的最大極化強度、介電常數(shù)和漏電流密度隨著Ba2+含量的增加是先增大后減小。同時厚膜的彌散性隨Ba2+含量的增加而增加。當Ba2+含量為5mol%時，在E=700kV/cm場強下獲得最大的溫度變

4、化T=18.1℃；而對于Pb0.97La0.02(Zr1-x-ySnxTiy)O3厚膜發(fā)現(xiàn)通過調節(jié)x和y(x=0.37,0.25和0.05；y=0.08,0.05和0.03)含量可以改變其相轉變電場。發(fā)現(xiàn)相轉變電場明顯影響其負的電卡效應，其溫度變化在相對低場強下隨相轉變電場的增加其負值是增大的。當x=0.05、y=0.03時，在ΔE=270kV/cm下獲得最大負制冷溫度變化ΔT=-4.1℃。
　　最后，搭建直接制冷測試系統(tǒng)，同時通

5、過固相燒結法制備(Pb0.97La0.02)(Zr1-xSnxTi0.10)O3（x=0.28、0.32和0.38）陶瓷并進行直接電卡測試。發(fā)現(xiàn)：當Ti4+含量恒定，(Pb0.97La0.02)(Zr1-xSnxTi0.10)O3陶瓷的飽和極化強度和居里溫度隨Sn4+含量的增加而減小。當施加電場大于鐵電體的矯頑場和反鐵電材料的反鐵電-鐵電相轉變電場時DSC探測出熱量信號。其最大的溫度變化ΔT是0.31、0.3和0.29℃對于x=0.28