鈦酸鉍鈉鉀壓電薄膜的制備及弛豫性能表征.pdf

1、弛豫鐵電體屬于無(wú)序材料的一類,因其具有超大的壓電和介電性能,在下一代傳感器、制動(dòng)器和換能器這些實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能之間相互轉(zhuǎn)化的器件中有著巨大的應(yīng)用前景。然而,目前性能最好、用途最廣的弛豫鐵電材料如鋯鈦酸鉛鑭、鈮鎂鋯鈦酸鉛和鈮鋅鋯鈦酸鉛等都含有約占原料總量的70％的氧化鉛,在制備和使用過(guò)程中,都會(huì)在很大程度上污染環(huán)境和損害人類健康。近些年出于環(huán)境保護(hù)的需求,鈦酸鉍鈉(NBT)基無(wú)鉛弛豫鐵電材料如在電容器、致動(dòng)器方面的應(yīng)用研究引起了很大的關(guān)注

2、。NBT在室溫下呈現(xiàn)出強(qiáng)的鐵電性能,高的居里溫度,其被看作是一種重要的可替代的無(wú)鉛壓電材料。然而單一的NBT材料具有高的電導(dǎo)和大的矯頑場(chǎng),因此比較難極化,難以獲得理想的壓電性能。與單一的 NBT材料相比,NBT基的固溶體如NBT-BaTiO3(BT)和NBT-K0.5Bi0.5TiO3(KBT)具有更好的壓電和介電性能是由于它們存在三方-四方的準(zhǔn)同型相(MPB)。電子器件的微型化、新的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和電子器件概念上的突破,都在很

3、大程度上推動(dòng)了材料由塊體轉(zhuǎn)向薄膜的研究,以前的報(bào)道主要是針對(duì)NBT基塊體的,本文主要針對(duì)NBT-KBT-100x弛豫薄膜展開(kāi)了一系列研究,首先簡(jiǎn)介了弛豫鐵電體的概念、性質(zhì)、發(fā)展概況和應(yīng)用,概述了NBT無(wú)鉛弛豫材料結(jié)構(gòu)和性能,然后介紹了NBT塊體、厚膜、薄膜的弛豫現(xiàn)象研究現(xiàn)狀和不足,通過(guò)以上綜述,最后我們提出了本論文的選題依據(jù)。主要內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　1.由于NBT-KBT-100x塊體材料的準(zhǔn)同型相界在0.16-0.20范圍內(nèi),

4、而且化學(xué)溶液沉積法(CSD)方法具有精確控制摻雜量的優(yōu)點(diǎn),因此本文采用了CSD方法制備了準(zhǔn)同型相界附近x=0.15、0.18、0.20、0.25的NBT-KBT-100x的薄膜。
　　2.利用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、鐵電分析儀、阻抗分析儀和掃描探針顯微鏡,分別研究了NBT-KBT-100x(x=0.15、0.18、0.20、0.25)薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面微結(jié)構(gòu)、鐵電、介電和壓電性能。用阻抗分析儀和高溫?zé)Y(jié)爐測(cè)試了NBT-KB

5、T-18薄膜的介電溫譜。結(jié)果表明,在這幾種薄膜中,NBT-KBT-18薄膜具有最大的壓電系數(shù)、剩余極化強(qiáng)度、自發(fā)極化強(qiáng)度、介電常數(shù)和最小的介電損耗。從介電溫譜上可以得出,NBT-KBT-18薄膜具有典型的弛豫鐵電特征,根據(jù)介電弛豫理論討論了介電弛豫的機(jī)理。
　　3.由于焦綠石相對(duì)薄膜的微結(jié)構(gòu)和性能會(huì)產(chǎn)生重要的影響,因此建立在上述研究的基礎(chǔ)上,第4章研究了SrTiO3緩沖層對(duì)NBT-KBT-20薄膜的微結(jié)構(gòu)、鐵電、漏電流和相變溫度的