弛豫鐵電體從發(fā)現(xiàn)至今已有半個(gè)多世紀(jì),由于具備優(yōu)異的介電、壓電和熱釋電等特性使得其在換能器、精密定位、儲(chǔ)能、制冷等應(yīng)用上具有廣闊的應(yīng)用前景,并獲得了廣泛的研究。然而,在納米疇提高壓電性的機(jī)理、弛豫鐵電體的微觀結(jié)構(gòu)特征等問題方面依然存在許多疑問和爭(zhēng)議。本論文以PLZT為研究對(duì)象,采用固相反應(yīng)法合成了Sb_2O_5摻雜的(Pb_(1-x)La_x)(Zr_yTi_(1-y))_(1-x/4)O_3(其中x=5 mol%~8 mol%,y=56 mol%~60 mol%)壓電陶瓷。室溫介電和壓電特性表征發(fā)現(xiàn),在La6 mol%、Zr/Ti58/42的區(qū)域內(nèi),大部分組成都具有優(yōu)異的介電和壓電性能(d_(33)700 pC/N,ε_(tái)r5000)。最優(yōu)的綜合性能在6.5/59/41處取得,此時(shí)ε_(tái)r=6076,tanδ=0.025,d_(33)=821 pC/N,k_p=0.70和Q_m=40。為了探究其強(qiáng)壓電性的機(jī)理,本論文在上述實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,固定Zr/Ti摩爾比為59/41,詳細(xì)研究了La含量從0 mol%增大至6.5 mol%時(shí),PLZT的相結(jié)構(gòu)、介電和壓電性能,以及弛豫特性的變化。研究表明,隨著La含量的增加,PLZT的相結(jié)構(gòu)依次經(jīng)歷三方相到四方相、四方相到偽立方相的轉(zhuǎn)變,PLZT逐漸由正常鐵電體轉(zhuǎn)變?yōu)槌谠ヨF電體。當(dāng)La≥6 mol%時(shí),樣品極化后依然呈現(xiàn)出明顯的弛豫特性。與此對(duì)應(yīng)的是,此時(shí)ε_(tái)r、d_(33)和k_p都快速增大,Q_m則快速減小。由雙極性電場(chǎng)下的電滯回線表征發(fā)現(xiàn),當(dāng)La≥6 mol%時(shí),在2 kV/mm下的剩余極化強(qiáng)度P_r與最大極化強(qiáng)度P_(max)的比值P_r/P_(max)急劇減小;所有極化樣品在單極性電場(chǎng)下的極化響應(yīng)都存在非線性區(qū)(低電場(chǎng))和線性區(qū)(高電場(chǎng)),但當(dāng)La≥6 mol%時(shí),樣品在更低的電場(chǎng)下表現(xiàn)出更顯著的非線性響應(yīng),且這些非線性響應(yīng)是一個(gè)可逆的過程。這些都表明La≥6 mol%樣品的電疇處于不穩(wěn)定的狀態(tài),施加很小的電場(chǎng)即可使極化強(qiáng)度矢量發(fā)生旋轉(zhuǎn)或相結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,因而使得樣品具有很強(qiáng)的介電和壓電響應(yīng)。而在極化樣品中依然存在的納米疇是這一不穩(wěn)定性的來源。弛豫鐵電體和正常鐵電體的去極化過程一般被認(rèn)為是不同的,弛豫鐵電體的去極化是長程有序性破缺形成短程有序的過程,而正常鐵電體中則涉及鐵電相到順電相的轉(zhuǎn)變。本論文中采用諧振特性溫譜和介電溫譜詳細(xì)研究了PLZT從正鐵電體轉(zhuǎn)變?yōu)槌谠ヨF電體過程中去極化溫度的演變歷程。研究表明,所有樣品的諧振頻率f_r和反諧振頻率f_a隨著溫度升高都存在一個(gè)最小值,在f_a最小值對(duì)應(yīng)的溫度T_(min-a)處,(35)f/f_r((35)f=f_r-f_a)和(35)|Z|均趨于0,表明樣品在T_(min-a)處發(fā)生了去極化。結(jié)合介電溫譜發(fā)現(xiàn),介電損耗峰溫度T_(loss)與T_(min-a)吻合的較好。在La=6.5 mol%樣品中,T_(loss)與介電異常峰溫度T_d*不重合,說明T_d*不是去極化溫度。T_d*的出現(xiàn)可能與疇的解耦有關(guān),而T_(loss)則對(duì)應(yīng)于宏觀極化強(qiáng)度的消失,表明樣品的去極化過程包含兩個(gè)階段:疇的解耦和疇取向的無序化。這種去極化過程存在于所有樣品中。隨著La含量增大,T_(loss)逐漸偏離介電峰值溫度T_m,且即使在La=0 mol%樣品中,T_(loss)≠T_m,說明所有極化樣品去極化后,至少在T_(loss)~T_m溫區(qū)內(nèi),其極化強(qiáng)度矢量(微區(qū))處于無序的狀態(tài)。極化前后的介電損耗溫譜在T_(loss)處存在相似的異常變化,且在T_(loss)以上,極化前后的損耗溫譜重合,這進(jìn)一步證實(shí)了在T_(loss)處去極化的發(fā)生,也說明極化前的樣品在T_(loss)處也會(huì)發(fā)生疇構(gòu)型的轉(zhuǎn)變。結(jié)合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可推知,正常鐵電體和弛豫鐵電體在去極化和凍結(jié)過程方面并未有本質(zhì)上的差別,正常鐵電體轉(zhuǎn)變?yōu)槌谠ヨF電體是一個(gè)漸進(jìn)的過程,而T_m和T_(loss)間的溫差(35)T可作為樣品弛豫程度的表征參數(shù)。為了提高樣品的壓電性,在前述所有實(shí)驗(yàn)樣品中均添加了1 wt%的Sb_2O_5。然而目前Sb_2O_5對(duì)x/59/41弛豫特性和壓電性的作用機(jī)理依然不清楚。本論文中詳細(xì)研究了La_2O_3和Sb_2O_5共摻雜對(duì)PZT的相結(jié)構(gòu)、弛豫特性和電性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),隨著Sb_2O_5含量的增加,x/59/41的相結(jié)構(gòu)均往偽立方相轉(zhuǎn)變。Sb_2O_5在x/59/41中的固溶度隨著La含量的增加而減小。Sb_2O_5的摻雜使得PZT介電峰展寬,但樣品無明顯弛豫特征;隨著La含量的增加,Sb_2O_5的摻雜可使PLZT呈現(xiàn)出顯著的弛豫特性。當(dāng)La(28)2 mol%時(shí),極化后樣品的頻率色散現(xiàn)象消失;當(dāng)La=5 mol%,Sb_2O_5≥1.2 wt%時(shí),極化樣品的介電溫譜中出現(xiàn)介電異常峰,但在介電異常峰溫度以下無頻率色散現(xiàn)象;而當(dāng)La=6.5 mol%時(shí),極化樣品在介電異常峰以下仍然呈現(xiàn)出明顯的頻率色散現(xiàn)象。在電性能方面,總體而言,La含量的影響遠(yuǎn)大于Sb_2O_5摻雜量的影響,隨著La含量的增加,ε_(tái)r、d_(33)和kp都快速增大,Q_m和P_r/P_(max)則快速減小。當(dāng)La≤2 mol%時(shí),ε_(tái)r、d_(33)、k_p、Q_m和P_r/P_(max)均隨著Sb_2O_5摻雜量的增加而變化不大;而在La2 mol%樣品中,當(dāng)極化后樣品弛豫程度明顯增強(qiáng)時(shí),ε_(tái)r和d_(33)隨著Sb_2O_5摻雜量的增加而較快的增大。當(dāng)出現(xiàn)燒綠石相時(shí),樣品的弛豫程度、介電和壓電特性均明顯減弱。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM221
【部分圖文】：

華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文，反過來也是成立的，兩者一一對(duì)應(yīng)。需注意的是，所有電介生應(yīng)變[3]，只有當(dāng)應(yīng)變量與電場(chǎng)強(qiáng)度呈一次方關(guān)系時(shí)才對(duì)應(yīng)為逆場(chǎng)強(qiáng)度呈平方關(guān)系時(shí)則稱為電致伸縮效應(yīng)。大部分介質(zhì)材料的弛豫鐵電體具有很大的電致伸縮系數(shù)，使得其在精密致動(dòng)等應(yīng)用[2]。

圖 1- 2ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖（a）ABO3晶胞 （b）氧八面體骨Fig. 1-2 Schematic of ABO3structure. (a) ABO3unit cell (b) Oxygen octaheframework豫鐵電體弛豫特性豫鐵電體與正常鐵電體相比具有兩個(gè)明顯的特征，即彌散相變和頻率色散示。在正常鐵電體中，當(dāng)溫度從高溫降至居里溫度 TC時(shí)，發(fā)生順電-鐵電數(shù)快速升高，當(dāng)溫度低于 TC時(shí)，由于疇的形成，介電常數(shù)又急劇地降低。電體的介電常數(shù) εr在 TC處會(huì)形成尖銳的峰值。與此不同的是，由于成分，弛豫鐵電體在降溫過程中并沒有明確的相變溫度，在遠(yuǎn)高于介電峰值urns 溫度，TB），弛豫鐵電體中就開始出現(xiàn)極性微區(qū)；隨著溫度的降低，極量不斷增多、尺寸逐漸長大，隨后形成納米疇。極性微區(qū)數(shù)量的增多可增

即彌散相變和頻率色散，如圖1-3 所示。在正常鐵電體中，當(dāng)溫度從高溫降至居里溫度 TC時(shí)，發(fā)生順電-鐵電相變，介電常數(shù)快速升高，當(dāng)溫度低于 TC時(shí)，由于疇的形成，介電常數(shù)又急劇地降低。因此，正常鐵電體的介電常數(shù) εr在 TC處會(huì)形成尖銳的峰值。與此不同的是，由于成分起伏等的影響，弛豫鐵電體在降溫過程中并沒有明確的相變溫度，在遠(yuǎn)高于介電峰值溫度 Tm處（Burns 溫度，TB），弛豫鐵電體中就開始出現(xiàn)極性微區(qū)；隨著溫度的降低，極性納米微區(qū)數(shù)量不斷增多、尺寸逐漸長大，隨后形成納米疇。極性微區(qū)數(shù)量的增多可增強(qiáng)介電響應(yīng)，但是隨著溫度降低，微區(qū)間的相互作用增強(qiáng)，使得其對(duì)外電場(chǎng)的響應(yīng)減弱。在這兩種不同機(jī)理的作用下，隨著溫度降低，介電常數(shù)呈現(xiàn)出一較寬的峰值，即發(fā)生彌散相變。從中可看到，Tm實(shí)際上并不代表相轉(zhuǎn)變的發(fā)生
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳晟;劉友志;;基于ANSYS的PLZT圓柱狀水聽器分析[J];計(jì)算機(jī)仿真;2009年01期

2 范素華,龔紅宇;高d_(33)PLZT壓電陶瓷的制備及性能研究[J];現(xiàn)代技術(shù)陶瓷;1997年04期

3 ;Modeling of surface-electroded electrooptic PLZT shutter[J];Chinese Journal of Lasers;1994年05期

4 周濟(jì);;PLZT薄膜光電器件[J];發(fā)光快報(bào);1987年01期

5 祝炳和,趙梅瑜,姚堯,鄭鑫森,敖海寬,殷之文;PLZT陶瓷的晶界現(xiàn)象[J];電子元件與材料;1999年05期

6 黃家瀚;張崇;王驥;王新杰;;多場(chǎng)耦合下PLZT陶瓷光致電場(chǎng)效應(yīng)及其應(yīng)用[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2018年06期

7 曾陽;王烈林;謝華;王文文;胡登超;馮志強(qiáng);;PLZT納米陶瓷粉末的合成及表征[J];功能材料;2018年07期

8 周青春,徐榮青,王茂祥;PLZT鐵電薄膜反轉(zhuǎn)特性分析[J];華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年05期

9 侯識(shí)華,宋世庚,馬遠(yuǎn)新,鄭毓峰;鉛過量PLZT鐵電薄膜的制備及其電學(xué)性質(zhì)研究[J];材料科學(xué)與工程;2001年03期

10 李坤,李金華,李錦春,陳王麗華;PLZT陶瓷纖維/環(huán)氧樹脂1-3復(fù)合材料的制備和性能研究[J];無機(jī)材料學(xué)報(bào);2004年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前9條

1 陳明;PZT/PLZT微梁尺度相關(guān)力學(xué)行為的研究[D];南京航空航天大學(xué);2017年

2 劉宇鋒;PLZT壓電陶瓷的弛豫特性和壓電特性研究[D];華南理工大學(xué);2018年

3 張颯;PLZT鐵電陶瓷疇變的原位Raman光譜觀測(cè)[D];廈門大學(xué);2006年

4 厲寶增;關(guān)于光電陶瓷PLZT稀土摻雜的發(fā)光特性研究及其電光特性的應(yīng)用[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

5 黃家瀚;0-1極化PLZT陶瓷光致特性及光控微鏡驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)研究[D];南京理工大學(xué);2016年

6 徐彩霞;光子弱局域化對(duì)PLZT光致發(fā)光以及隨機(jī)激光的調(diào)制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

7 陳志武;電疲勞過程中PLZT鐵電陶瓷疇變的原位觀測(cè)及電疲勞機(jī)理研究[D];廈門大學(xué);2003年

8 王新杰;PLZT光致伸縮特性及光電層合回轉(zhuǎn)薄殼主動(dòng)控制的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

9 鄭克玉;兩種鐵電材料的超微粉及細(xì)晶陶瓷的制備與性能研究[D];華中科技大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 郭有文;PLZT陶瓷的制備及其摻雜改性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

2 王梨明;0-3方向極化的PLZT板尺度效應(yīng)及力學(xué)性能研究[D];南京航空航天大學(xué);2018年

3 葉章勝;0-1極化PLZT陶瓷光致特性研究[D];南京航空航天大學(xué);2018年

4 許亮;0-3極化PLZT陶瓷片光致特性研究[D];南京航空航天大學(xué);2018年

5 宋飛飛;PLZT電控光散射陶瓷微結(jié)構(gòu)調(diào)控及性能研究[D];上海師范大學(xué);2018年

6 王念;PLZT的粉末合成及其微波燒結(jié)工藝研究[D];武漢理工大學(xué);2002年

7 吳燁;釹摻雜PLZT電光陶瓷光學(xué)性能及光學(xué)放大機(jī)制的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

8 程達(dá)明;PLZT光致伸縮陶瓷的制備及其性能與組分關(guān)系研究[D];清華大學(xué);2005年

9 唐章東;PLZT鐵電電光薄膜制備工藝研究[D];電子科技大學(xué);2006年

10 何聚;PLZT納米陶瓷制備及摻雜改性研究[D];天津師范大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2877493