Cu摻雜鈮銦鎂酸鉛-鈦酸鉛陶瓷的低溫?zé)Y(jié)及電學(xué)性能研究.pdf

1、最近幾年來，三元弛豫鐵電固溶體Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PIN-PMN-PT)以優(yōu)異的壓電、機電等性能和高的居里溫度、相變溫度及大的矯頑場而備受材料研究者矚目。然而，PIN-PMN-PT陶瓷的燒結(jié)溫度通常都在1200℃以上，如此高的燒結(jié)溫度不僅導(dǎo)致鉛的大量揮發(fā)引起材料組分變化，而且更為嚴重的是在多層結(jié)構(gòu)陶瓷制備時銅、銀等廉價內(nèi)電極的失效。CuO是一種常用的低溫?zé)Y(jié)助劑，可有效的降低

2、陶瓷的燒結(jié)溫度。但是，有關(guān)Cu摻雜的PIN-PMN-PT陶瓷的研究還未見報道。本論文以PIN-PMN-PT-xCuO％(0≤x≤2)為研究對象，系統(tǒng)深入的探討了CuO對PIN-PMN-PT陶瓷的燒結(jié)溫度、晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌及介電、壓電、鐵電和機電等電學(xué)性能的影響和內(nèi)在機制。
　　首先，研究了組分變化對PIN-PMN-PT三元系陶瓷的結(jié)構(gòu)和介電、壓電、鐵電、機電、熱釋電等電學(xué)性能的影響。對(1-x-y)PIN-xPMN-yPT(x=

3、0.40,0.30≤y≤0.40)陶瓷樣品的粉末XRD和拉曼光譜研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)y=0.34時樣品處于準同型相界，此時樣品具有最優(yōu)的綜合性能：壓電系數(shù)d33=505 pC/N、平面機電耦合系數(shù)kp=62.5%；相轉(zhuǎn)變溫度TRT=117℃、居里溫度TC=199℃、剩余極化強度Pr=32.09μC/cm2、矯頑場EC=8.92 kV/cm。此外，PIN-PMN-PT陶瓷表現(xiàn)出良好的熱釋電性能，y=0.34時樣品的室溫?zé)後岆娤禂?shù)p可達0.050μC

4、/cm2℃，熱釋電品質(zhì)因數(shù)Fi、Fv和Fd分別為2.00×10-10 m/V、0.09 m2/C和1.00×10-5 Pa-1/2。這些使PIN-PMN-PT陶瓷在新型熱釋電探測器開發(fā)中表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
　　以優(yōu)化的0.26PIN-0.40PMN-0.34PT陶瓷為基體，研究了不同Cu摻雜比例的PIN-PMN-PT-xCuO%陶瓷的燒結(jié)溫度、相結(jié)構(gòu)和介電、壓電、鐵電等電學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)由于液相燒結(jié)機制的產(chǎn)生，Cu摻雜樣品的燒

5、結(jié)性能改善，燒結(jié)溫度降低超過250℃，結(jié)構(gòu)由三方-四方共存向三方相轉(zhuǎn)變、晶粒尺寸減小，致密度增加。當(dāng)x=0.5時樣品具有最佳性能：相對介電常數(shù)εr=2864、壓電系數(shù)d33=484pC/N、平面機電耦合系數(shù)kp=59.7%、矯頑場EC=9.61 kV/cm、居里溫度TC=225℃、機械品質(zhì)因數(shù)Qm=93.58、相對應(yīng)變S=0.145%。Cu摻雜PIN-PMN-PT陶瓷良好的電學(xué)性能和低的燒結(jié)溫度使其在采用廉價內(nèi)電極的高性能多層壓電器件開