铁电薄膜取向对其电热性能影响的相场模拟研究

发布时间：2017-10-24 22:11

  本文关键词：铁电薄膜取向对其电热性能影响的相场模拟研究

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【摘要】：铁电薄膜的电热效应,是指在绝热条件下,铁电薄膜在外电场作用下自身温度产生变化的现象。基于电热效应的制冷技术,具有制冷效率高、性能稳定、环境友好等特点,在电子封装、微机电系统等领域具有很大的应用潜力。为了使电热制冷更好地满足商业应用的需求,需要解决电热效应的 室温化‖和 宽温域化‖两个科学问题。通过控制铁电薄膜中畴的种类、数量以及畴翻转等来调控铁电薄膜的电热性能,是解决以上两个科学问题的有效途径。现有研究表明,铁电薄膜的晶体取向是影响铁电薄膜畴结构的重要因素。因此,从微观畴结构出发,研究薄膜晶体取向对铁电薄膜电热性能的影响,对调控铁电薄膜的电热性能具有重要意义。本文运用相场方法,以PbTiO3(PTO)为研究对象,研究了铁电薄膜晶体取向对其铁电畴结构和电热性能的影响,具体研究内容和结果如下:(1)建立了单晶铁电薄膜电热效应研究的相场模型,研究了双涡旋畴铁电薄膜的电热性能及失配应变的影响。研究结果表明:双涡旋畴PTO薄膜在0~1200℃的温度范围内能产生巨电热效应,其最小和最大绝热温度变化分别为7.2 K和16.5 K;等轴压应变增强双涡旋畴PTO薄膜的电热性能,而等轴张应变减弱双涡旋畴PTO薄膜的电热性能。(2)建立了不同晶体学取向下单晶铁电薄膜电热效应研究的相场模型,研究了晶体学取向对涡旋畴PTO薄膜和90o畴PTO薄膜电热性能的影响。研究结果表明:随着晶体学取向的改变,涡旋畴PTO薄膜和90o畴PTO薄膜的电热性能分别呈周期性连续变化和周期性间断变化;涡旋畴PTO薄膜和90o畴PTO薄膜在晶体学取向分别为45o和14o时,具有最大的电热效应。(3)建立了多晶铁电薄膜电热效应研究的相场模型,研究了随机晶粒取向与择优晶粒取向对PTO多晶薄膜电热性能的影响。研究结果表明:在择优晶粒取向下,PTO多晶薄膜能产生的电热效应大于在随机晶粒取向下产生的电热效应;随着择优取向的改变,PTO多晶薄膜的电热性能发生周期性变化,并且在90o择优取向时有最大电热效应。
【关键词】：电热效应 铁电薄膜 相场理论 晶体取向
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 电热效应及其在固体制冷中的应用9-13
• 1.1.1 电热效应及其发展历史9
• 1.1.2 电热制冷原理及其器件结构介绍9-11
• 1.1.3 电热制冷及其它固体制冷技术简介11-13
• 1.2 铁电电热效应研究现状13-15
• 1.2.1 铁电电热效应研究取得的进展13-14
• 1.2.2 铁电电热制冷存在的的科学问题14-15
• 1.3 铁电畴及其对铁电薄膜电热性能的影响15-17
• 1.4 铁电薄膜取向对铁电畴的影响17
• 1.5 本文的选题依据及主要内容17-19
• 第2章 单晶铁电薄膜相场模型的建立及其电热效应模拟19-29
• 2.1 单晶铁电薄膜相场模型的建立19-21
• 2.2 90o 畴铁电薄膜电热效应的模拟与分析21-22
• 2.3 双涡旋畴铁电薄膜电热效应的模拟与分析22-28
• 2.3.1 室温下双涡旋畴铁电薄膜电热效应的模拟与分析22-24
• 2.3.2 失配应变对双涡旋畴铁电薄膜电热效应的影响24-26
• 2.3.3 不同温度下双涡旋畴铁电薄膜电热效应的模拟与分析26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 晶体学取向对单晶铁电薄膜电热性能的影响29-40
• 3.1 考虑晶体学取向的单晶铁电薄膜相场模型的建立29-31
• 3.2 晶体学取向对铁电薄膜畴结构的影响31-34
• 3.2.1 晶体学取向对涡旋畴结构的影响31-32
• 3.2.2 晶体学取向对 90o畴结构的影响32-34
• 3.3 晶体学取向对单晶铁电薄膜电热性能的影响34-39
• 3.3.1 晶体学取向对涡旋畴单晶薄膜电热性能的影响34-36
• 3.3.2 晶体学取向对 90o畴单晶薄膜电热性能的影响36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 晶粒取向对多晶铁电薄膜电热性能的影响40-50
• 4.1 多晶铁电薄膜的相场模型的建立40-41
• 4.2 晶粒取向对多晶铁电薄膜畴结构的影响41-43
• 4.2.1 随机晶粒取向对多晶铁电薄膜畴结构的影响41-42
• 4.2.2 择优晶粒取向对多晶铁电薄膜畴结构的影响42-43
• 4.3 晶粒取向对多晶铁电薄膜电滞回线的影响43-45
• 4.3.1 随机晶粒取向对多晶铁电薄膜电滞回线的影响43-44
• 4.3.2 择优晶粒取向对多晶铁电薄膜电滞回线的影响44-45
• 4.4 晶粒取向对多晶铁电薄膜电热性能的影响45-49
• 4.4.1 随机晶粒取向对多晶铁电薄膜电热性能的影响45-47
• 4.4.2 择优晶粒取向对多晶铁电薄膜电热性能的影响47-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 总结与展望50-52
• 5.1 论文总结50-51
• 5.2 研究展望51-52
• 参考文献52-58
• 致谢58-59
• 个人简历59
• 攻读硕士期间论文发表情况59

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本文编号：1090757