發(fā)布時間：2018-10-31 14:24

【摘要】：贗二元Ba Zr0.2Ti0.8O3-x Ba0.7Ca0.3Ti O3(x BC0.3T)壓電陶瓷是2009年發(fā)現(xiàn)的一種壓電系數(shù)可以和含鉛壓電材料相媲美的新型無鉛壓電材料。研究其巨壓電效應的起源設計無鉛壓電材料的有著指導意義。另一方面該體系可以看作由鈦酸鋇-鋯酸鋇-鈦酸鈣(BT-BZ-CT)構成的三元體系的一部分。同時,該三元體系準同型相界(MPB)區(qū)附近相變行為及大壓電系數(shù)機制尚不完全清楚。為此本文在已有的x BC0.3T體系的研究基礎上,研究BT-BZ-CT三元鐵電陶瓷體系在MPB附近的相變行為及其于鐵電、介電和壓電性能的關系,重點研究其MPB附近的大壓電系數(shù)的起源。通過研究x BC0.3T體系的介溫曲線得到了其相變的特征溫度,發(fā)現(xiàn)了該體系的三方和四方兩個相區(qū)的邊界處存在著過渡相區(qū)。結合XRD結果確定這一相區(qū)為混合相區(qū),最終得到了修正的x BC0.3T體系的相圖。在研究過程中還發(fā)現(xiàn)在x BC0.3T體系的MPB附近,成分相同的塊體陶瓷樣品和粉體樣品因為應力狀態(tài)不同,其相組成不同。表明該體系陶瓷中成分位于MPB附近的樣品其相組成對應力十分敏感。這一研究結果表明研究該體系陶瓷的本征相變和巨壓電效應的關系需要使用無應力的粉體樣品。在x BC0.3T體系新相圖的基礎上,研究了其他成分的BT-BZ-CT三元體系陶瓷樣品的相組成和相變過程,給出了BT-BZ-CT三元體系的相圖。根據(jù)該相圖可以發(fā)現(xiàn),在其它贗二元體系中存在和x BC0.3T體系相類似的MPB。利用聚酰亞胺(PI)材料作為基體,將無應力的x BC0.3T陶瓷粉體混入PI基體中成功制備了x BC0.3T/PI復合薄膜。利用該復合薄膜進行應力加載,研究了x BC0.3T粉體樣品在外應力作用下的本征相變行為,闡明了其本征相變和巨壓電效應的關系。結果表明x BC0.3T體系MPB附近成分巨壓電效應的起源于R→T相變和T相疇翻轉的共同作用。利用葡萄糖為造孔劑制備了不同孔隙率的多孔0.5BC0.3T陶瓷,利用XRD研究了孔隙對多孔0.5BC0.3T陶瓷殘余應力的松弛作用,闡明了應力松弛對材料的物相結構造成的影響。利用修正的居里-外斯定律研究了樣品的彌散度系數(shù)。討論了樣品中的應力松弛對彌散度系數(shù)的影響。發(fā)現(xiàn)在該體系中存在著應力誘發(fā)的彌散性相變。同時發(fā)現(xiàn),可以通過改變樣品中的應力狀態(tài)來實現(xiàn)設計樣品彌散程度的目的。研究了BT-BZ-CT三元體系的鐵電和壓電性能,發(fā)現(xiàn)該體系具有優(yōu)異的鐵電和壓電性能。其中MPB附近的樣品中存在巨壓電效應。利用朗道-德文希爾理論對MPB附近樣品的相變勢壘高度進行了計算,利用統(tǒng)計規(guī)律研究了該體系材料的相變勢壘高度對巨壓電效應的影響。研究結果表明BT-BZ-CT三元體系MPB附近成分的巨壓電效應的起源和x BC0.3T體系相同,均為R→T相變和T相疇翻轉的共同作用。同時發(fā)現(xiàn)了R→T相變和T相疇翻轉對巨壓電效應的影響規(guī)律,即在勢壘高度較低,R→T相變和T相疇翻轉均很容易發(fā)生時決定材料壓電性能的是相變和疇翻轉所造成的極化強度的改變量。而在勢壘高度較高時,起決定作用的是勢壘高度,也即相變和疇翻轉的難易程度。這一結果最終闡明了該體系材料巨壓電效應的兩種機制,以及這兩種機制對壓電效應的貢獻的細節(jié),為巨壓電材料的設計提供了依據(jù)。
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【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM282

【參考文獻】

相關會議論文 前1條

1 趙祥永;周丹;葛文偉;仲維卓;羅豪u&;;無鉛鐵電單晶鈦酸鋇的壓電活性與場致應變[A];第14屆全國晶體生長與材料學術會議論文集[C];2006年

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本文編號：2302519