钛酸铋钠基无铅铁电单晶的生长及物理性能调控研究
发布时间：2020-12-29 13:40
铁电压电材料凭借其优异的机电转换性能以及灵敏的响应速度,广泛应用于多种功能器件及高新技术领域。基于环境保护的要求,发展高性能环境友好的无铅铁电压电材料成为目前的研究重点。钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3,NBT)基ABO3型弛豫铁电体具有良好的铁电性（Pr=38 pC/cm2）和优异的热稳定性（Tc=320℃）,被认为是最有可能取代铅基的铁电压电材料体系之一,并且可以通过引入四方相BaTiO3（BT）和K0.5Bi0.5TiO3（KBT）优化其电学表现。本论文主要以NBT基无铅铁电压电材料为研究对象,从单晶生长、电学性能调控、微观结构影响机制及光学性能表征几方面入手,对其进行全方位、多层次的研究。采用顶部籽晶助溶剂提拉生长法（TSSG）生长出了Mn:NBT-5BT单晶,利用压电力显微镜（PFM）研究了其微观畴结构,发现内部存在着多种形态的纳米...
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球压电器件市场需求情况
上海师范大学硕士学位论文第1章绪论3图1-2压电效应原理图图1-2-1给出了压电晶体在二位平面受力产生压电效应原理图，图（a）晶体不受外力作用，正负电荷中心重合，晶体表面不带电；当从某一方向对晶体施加应力时，如图（b）压缩、图（c）拉伸时，晶体发生形变导致正负电荷中心偏移，电偶极矩不为零，出现极化现象，从而使晶体上下表面产生正负电荷[15]。从而可知晶体是否具有压电效应，或能否表现出宏观极性，与晶格结构的对称性密切相关，其大小与方向主要取决于施加的应力以及晶格结构的对称性[16]。根据晶体宏观对称性，在32种晶体点群中，非中心对称的点群有21种，除立方432点群外，其余20种均存在压电效应。在这些具有压电性的20种点群中，有10种点群（1，2，m,mm2,4,4mm,3,3m,6,6m）具有极轴，这类晶体在常温下可以表现出自发极化的特性，并且可以在外电场的激励下使自发极化发生偏转，其极化强度随外电场形成电滞回线，表现出特殊的非线性介电特性，即为铁电性。具有铁电性的铁电体（Ferroelectric）存在着电畴结构，其形成与排列遵循系统的自由能取极小值，内部通常为多电畴态。如在典型铁电体四方相的钛酸钡中（BaTiO3）相邻电畴自发极化方向的夹角为90°和180°。在外电场作用下，晶体中多畴态的自发极化方向将平行于外电场方向，该方向电畴的体积将由于新畴核的形成以及畴壁间的运动迅速扩大，而其他方向电畴的体积则迅速减小甚至消失，使得整个晶体接近单畴化，这个过程即为电畴的翻转。这种翻转具有滞后的特性，使得在交变外场作用下，铁电体极化与电场之间呈现非线性关系，即电滞回线特性，这是铁电体的一个重要特征[10]。铁电体在外场作用下可以通过畴壁的运动表现出更加优异的压电性能，因此成为应用最为广泛的压电材料。?
第1章绪论上海师范大学硕士学位论文4级约为104～105，发生介电反常。当温度高于Tc时，介电常数与温度的关系服从居里-外斯定律[17]：0CTT=(1-1)其中ε为介电常数，C为居里-外斯常数，T为绝对温度，T0为顺电居里温度或居里-外斯温度。1.2.2钙钛矿型弛豫铁电体目前已熟知的铁电材料主要有钙钛矿结构、铋层状结构和钨青铜结构这三种结构，其中钙钛矿结构的铁电材料是发现最早、种类最多的氧八面体型材料。理想的钙钛矿结构通式ABO3，可通过对钙钛矿结构的A、B位离子取代，可在较大范围内调控材料的性能并，较大程度地提升材料的压电性能。如图1-3所示，其中A位离子的半径较大，配位数为12，B位离子的半径则较小，配位数为6，而O离子则占据着晶胞的面心,B位离子与O离子形成BO6的氧八面体结构，整个晶体可以看作是氧八面体共顶点连接而成。其中A、B、O三种离子半径满足[18]：0t2()ABBRRRR+=+(1-2)其中t为容忍因子，RA、RB和RO分别为A位和B位离子及O离子半径。当0.78<t<1.05时，钙钛矿结构才可以稳定存在。图1-3钙钛矿型ABO3结构示意图弛豫铁电体（RelaxorFerroelectrics）中“弛豫”的概念是从热力学唯象理论中抽象出来的，是指一个宏观的系统处于平衡态的系统受到外界瞬时扰动后，在
本文编号：2945734
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球压电器件市场需求情况
上海师范大学硕士学位论文第1章绪论3图1-2压电效应原理图图1-2-1给出了压电晶体在二位平面受力产生压电效应原理图，图（a）晶体不受外力作用，正负电荷中心重合，晶体表面不带电；当从某一方向对晶体施加应力时，如图（b）压缩、图（c）拉伸时，晶体发生形变导致正负电荷中心偏移，电偶极矩不为零，出现极化现象，从而使晶体上下表面产生正负电荷[15]。从而可知晶体是否具有压电效应，或能否表现出宏观极性，与晶格结构的对称性密切相关，其大小与方向主要取决于施加的应力以及晶格结构的对称性[16]。根据晶体宏观对称性，在32种晶体点群中，非中心对称的点群有21种，除立方432点群外，其余20种均存在压电效应。在这些具有压电性的20种点群中，有10种点群（1，2，m,mm2,4,4mm,3,3m,6,6m）具有极轴，这类晶体在常温下可以表现出自发极化的特性，并且可以在外电场的激励下使自发极化发生偏转，其极化强度随外电场形成电滞回线，表现出特殊的非线性介电特性，即为铁电性。具有铁电性的铁电体（Ferroelectric）存在着电畴结构，其形成与排列遵循系统的自由能取极小值，内部通常为多电畴态。如在典型铁电体四方相的钛酸钡中（BaTiO3）相邻电畴自发极化方向的夹角为90°和180°。在外电场作用下，晶体中多畴态的自发极化方向将平行于外电场方向，该方向电畴的体积将由于新畴核的形成以及畴壁间的运动迅速扩大，而其他方向电畴的体积则迅速减小甚至消失，使得整个晶体接近单畴化，这个过程即为电畴的翻转。这种翻转具有滞后的特性，使得在交变外场作用下，铁电体极化与电场之间呈现非线性关系，即电滞回线特性，这是铁电体的一个重要特征[10]。铁电体在外场作用下可以通过畴壁的运动表现出更加优异的压电性能，因此成为应用最为广泛的压电材料。?
第1章绪论上海师范大学硕士学位论文4级约为104～105，发生介电反常。当温度高于Tc时，介电常数与温度的关系服从居里-外斯定律[17]：0CTT=(1-1)其中ε为介电常数，C为居里-外斯常数，T为绝对温度，T0为顺电居里温度或居里-外斯温度。1.2.2钙钛矿型弛豫铁电体目前已熟知的铁电材料主要有钙钛矿结构、铋层状结构和钨青铜结构这三种结构，其中钙钛矿结构的铁电材料是发现最早、种类最多的氧八面体型材料。理想的钙钛矿结构通式ABO3，可通过对钙钛矿结构的A、B位离子取代，可在较大范围内调控材料的性能并，较大程度地提升材料的压电性能。如图1-3所示，其中A位离子的半径较大，配位数为12，B位离子的半径则较小，配位数为6，而O离子则占据着晶胞的面心,B位离子与O离子形成BO6的氧八面体结构，整个晶体可以看作是氧八面体共顶点连接而成。其中A、B、O三种离子半径满足[18]：0t2()ABBRRRR+=+(1-2)其中t为容忍因子，RA、RB和RO分别为A位和B位离子及O离子半径。当0.78<t<1.05时，钙钛矿结构才可以稳定存在。图1-3钙钛矿型ABO3结构示意图弛豫铁电体（RelaxorFerroelectrics）中“弛豫”的概念是从热力学唯象理论中抽象出来的，是指一个宏观的系统处于平衡态的系统受到外界瞬时扰动后，在
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