鈦酸鉍鈉基無鉛鐵電陶瓷-薄膜的制備與性能研究.pdf

1、鐵電/壓電材料在各類信息的檢測、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)及處理中具有廣泛的應(yīng)用,目前廣泛使用的鐵電陶瓷主要是Pb(Ti,Zr)O3等鉛基材料,這類含鉛材料在生產(chǎn)、使用及后處理過程中會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境。因此,開發(fā)非鉛基環(huán)境協(xié)調(diào)性(綠色)材料是一項(xiàng)緊迫且具有重大實(shí)用意義的課題。Bi0.5Na0.5TiO3(縮寫為BNT)是一種A位復(fù)合鈣鈦礦鐵電體,具有鐵電性強(qiáng)、鐵電常數(shù)較大、介電常數(shù)小、聲學(xué)性能好等優(yōu)良特性,且燒結(jié)溫度較低,被認(rèn)為是最具吸引力的無鉛鐵電陶瓷材

2、料體系之一。但單純的Bi0.5Na0.5TiO3陶瓷矯頑場強(qiáng)大,在鐵電相區(qū)電導(dǎo)率高,從而難以極化,其鐵電性能也難以發(fā)揮,需要對其進(jìn)行改性。作為優(yōu)良的改性材料之一,適量BaTi03(縮寫為BT)的加入有望改善BNT的性能。
　　 本文采用不同的溶膠-凝膠法分別制備了BNT基陶瓷/薄膜的前驅(qū)體/前驅(qū)液,繼而制各出BNT基陶瓷/薄膜,并研究了其性能。具體工作如下：⑴采用檸檬酸溶膠-凝膠法制備了BNT-BT無鉛陶瓷粉體,詳細(xì)考察了不同制

3、備條件對其結(jié)構(gòu)和性能的影響,確定了最佳的制各條件。在此基礎(chǔ)上通過改變樣品中Ba的含量,制作出一系列不同組成的BNT-BT陶瓷,并考察了其鐵電性能。結(jié)果表明,所制目標(biāo)陶瓷材料的矯頑場基本上都低于單純BNT陶瓷(73 kV/cm),其中BNT-0.10BT、BNT-0.06BT、BNT-0.05BT三個(gè)樣品具有較大的剩余極化強(qiáng)度。⑵以ITO玻璃為基片,通過采取調(diào)變旋涂前驅(qū)液的濃度及涂層數(shù)等措施,采用溶膠-凝膠旋涂法制各了一系列BNT薄膜,并

4、考察了其鐵電性能。研究結(jié)果表明,所制薄膜的剩余極化強(qiáng)度和自發(fā)極化強(qiáng)度普遍比陶瓷的要小,且不同厚度涂層對薄膜鐵電性的影響比較顯著:在本論文研究范圍內(nèi),隨著層數(shù)的增加,矯頑場逐漸降低,而剩余極化值逐漸增大。另外,隨著極化電壓的增大,剩余極化值普遍增大,說明極化電壓對薄膜的鐵電性影響也很大,其中涂層為6層的薄膜剩余極化值最大(22.02μC/cm2)。⑶以ITO玻璃為基片、采用溶膠-凝膠旋涂法制各了BNT-BT薄膜材料,探索了該方法的合成工藝

5、,并確定了最合適的條件。研究表明,BNT-BT薄膜顯示出較好的鐵電性能,且剩余極化強(qiáng)度和自發(fā)極化強(qiáng)度均隨著極化電壓的增大而增強(qiáng);在溫度低于62℃時(shí)剩余極化強(qiáng)度和自發(fā)極化強(qiáng)度在任何極化電壓下都不隨測試溫度發(fā)生明顯改變,然后隨著溫度的繼續(xù)上升在66～72℃溫度范圍之間有個(gè)明顯突變,繼續(xù)升高測試溫度,剩余極化強(qiáng)度和自發(fā)極化強(qiáng)度不再隨溫度和極化電壓而改變。另外,所制0.90BNT-0.10BT薄膜在極化電壓分別為20 V、30 V和40 V時(shí),