鋯鈦酸鋇鈣基陶瓷與薄膜的電性能研究.pdf

1、鐵電陶瓷因其具有特殊的力學(xué)，熱學(xué)，電學(xué)光學(xué)等性能或機(jī)，電，聲，光，熱，磁之間的耦合功能在電能量存儲(chǔ)、能量轉(zhuǎn)換、大位移致動(dòng)器等領(lǐng)域中都得到廣泛應(yīng)用。在近十年來(lái)，人們的環(huán)保意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)烈，無(wú)鉛功能陶瓷受到更多的專家學(xué)者的重視。鋯鈦酸鋇以及摻雜改性的鋯鈦酸鋇基陶瓷的因?yàn)槠渚哂袃?yōu)良的電性能和成熟的制備工藝而得到認(rèn)可，如(Ba1-xCax)(Zr1-yZiy)O3(BCZT)及其摻雜。本文以傳統(tǒng)的高溫固相法制備了(Ba0.85Ca0.15)(Zr

2、0.10Ti0.90)O3-xmol％Mn(0≤ x≤0.5)的陶瓷以及溶膠凝膠法制備了(Ba0.90Ca0.10)(Zr0.25Ti0.75)O3薄膜，并研究了它們的電特性。
　　 對(duì)于1200℃燒結(jié)的樣品，從介溫特性可以看出居里溫度隨著頻率的增大而呈現(xiàn)馳豫特性，根據(jù)Maxwell Wagner理論和Vogel-Fulcher(VF)公式，得出其活化能Ea=1.15 eV。增加燒結(jié)溫度，最大介電常數(shù)有規(guī)律變化，最高可在燒結(jié)溫度

3、為1300 C時(shí)達(dá)到9530。我們用居里外斯(修正)定律對(duì)陶瓷的介電常數(shù)隨溫度變化的規(guī)律進(jìn)行了處理。BCZT樣品都展現(xiàn)了很好的鐵電特性，其剩余極化強(qiáng)度Pr和矯頑場(chǎng)Ec也隨不同燒結(jié)溫度分別呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。壓電性能也在1270℃燒結(jié)時(shí)最好，壓電常數(shù)d33高達(dá)291 pC/N。我們綜合各項(xiàng)性能的測(cè)試得到在1270℃燒結(jié)的陶瓷的性能最好。
　　 為了解摻雜的二氧化錳對(duì)純的BCZT陶瓷的性能的影響，我們按照(Ba0.85Ca0.15)(

4、Zr0.10Zi0.90)O3-x mol％MnO2(x=0.1，0.2，0.3，0.4，0.5)制備了陶瓷并進(jìn)行了一系列的研究。結(jié)果表明添加的燒結(jié)助劑Mn02對(duì)陶瓷的電性能有很大的影響。我們對(duì)不同錳離子摻雜量的陶瓷樣品做了SEM，發(fā)現(xiàn)x≈0.3時(shí)，進(jìn)入BCZT陶瓷晶粒的錳離子飽和，x＞0.3后錳離子進(jìn)入晶界?？傮w看錳離子的摻雜降低了BCZT陶瓷介電常數(shù)。根據(jù)修正的居里外斯定律，我們計(jì)算得到(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.10Ti

5、0.90)O3-x mol％MnO2(x=0.1，0.2，0.3，0.4，0.5)陶瓷的彌散性指數(shù)值y對(duì)應(yīng)摻雜量x由小到大呈指數(shù)型增長(zhǎng)。另外我們還對(duì)錳摻雜的BCZT的熱釋電性能做了一些研究，算出了他們的熱釋電系數(shù)。
　　 除此之外，我們采用傳統(tǒng)的溶膠凝膠方法制備(Ba0.90Ca0.10)(Zr0.25Ti0.75)O3薄膜樣品。我們測(cè)量了樣品的結(jié)構(gòu)、漏電流和鐵電性能；研究了鎳酸鑭緩沖層對(duì)薄膜樣品性能的影響。添加鎳酸鑭緩沖層增加