反铁电—铁磁复合陶瓷的高温介电弛豫及储能研究

发布时间：2017-10-17 22:44

  本文关键词：反铁电—铁磁复合陶瓷的高温介电弛豫及储能研究

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【摘要】：随着通讯和信息技术的飞速发展,集成系统的密集化、轻量化和多功能化程度进一步提高,因此对材料、设计和集成技术都提出了更高的要求。面对这些突出的问题,复合材料在功能集成上的优势也就越来越明显。反铁电／铁磁复合材料因同时具有电容和电感这两种特性,不仅能为电子器件中电容、电感部分的集成提供更多的选择,而且能拓宽新型结构、功能器件的设计思路。反铁电性材料、铁磁性材料、铁弹性材料以及同时拥有多种铁性的多铁性材料,都属于铁性材料,是一大类非常重要,而且数量相当庞大的先进功能材料。本文以反铁电、铁磁材料为研究对象,利用多种表征手段对材料性能进行了介绍。主要研究内容和实验结果概括为以下几个方面：第一,通过高温固相反应法制备(Pb0.9Ba0.1xSrx)ZrO3(X=0,0.01, 0.02,0.03,0.04)陶瓷,所有烧结样品的XRD衍射图案表明单一纯相的形成。与温度相关的介电谱研究显示,随着掺杂的Sr2+/Ba2+浓度的降低,材料的反铁电相稳定性得到增强,而铁电相的温度区间随之缩小。通过对介电和阻抗的测量研究了高温弛豫行为,阻抗虚部与特征频率相关的最大值被发现服从Arrhenius定律,活化能数值在0.98-1.36 eV之间,电导活化能数值在1.04～1.22 eV之间,表明电导机制是一个热运动的过程。同时活化能的这一个数值表明材料的弛豫机构是由偶极子传导所控制的,电离氧空位的动态热运动可解释这一行为。所有组分典型的电滞回线表明该材料可应用于铁电储能。第二,制备了(1-x)Pb0.9Ba0.1ZrO3-xCo0.5Ni0.5Fe2O4(X=0.25,0.50,0.75)反铁电/铁磁复合陶瓷,并对其电学性能及磁性能进行了表征。XRD衍射图案表明所有组分均没有杂相出现,升温介电的研究表明,复合陶瓷的介电性能相比于单一的反铁电陶瓷得到了明显的提高,通过对阻抗谱的分析,研究了陶瓷中存在两种电荷传导机制。不同温度下的电滞回线和磁滞回线的测量表明该复合陶瓷具有良好的铁电性和磁性能,可同时应用于铁电和铁磁储能。x=0.25的组分中表现出具有最高的铁电储能特性,其剩余极化强度和矫顽场强分别为60.47 μC/cm2、11.95 kV/cm。同时x=0.75组分表现出具有最高的铁磁储能特性,其饱和磁化强度和剩余磁化强度分别为45.24 emu/g、3.07 emu/g,储能密度及效率分别为21.30 J/g、90%。第三,由共沉淀法制备了Co0.5Ni0.5Fe2O4纳米磁性粉体,测量了样品的结构及磁性能,XRD测试结果表明尖晶石结构的样品具有(311)晶粒取向。研究了不同退火温度对粉体的晶粒大小的影响,分析了材料的磁性能相关数据,其储能密度及损耗能量密度分别为0.0168 J/g、0.0177 J/g,储能效率为49%。
【关键词】：(Pb_(0.9)Ba_(0.1-x)Sr_x)ZrO_3 陶瓷 氧空位 弛豫 反铁电/铁磁复合材料 储能
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 绪论14-25
• 1.1 引言14-15
• 1.2 锆酸铅基反铁电材料15-19
• 1.2.1 结构与特性15-17
• 1.2.2 介电性能17-18
• 1.2.3 电滞回线18-19
• 1.3 铁磁材料19-22
• 1.3.1 磁畴结构19-21
• 1.3.2 磁各向异性21
• 1.3.3 磁滞回线21-22
• 1.3.4 尖晶石铁氧体材料22
• 1.4 反铁电-铁磁复合材料22-23
• 1.5 本文主要研究内容23-25
• 第二章 实验设备及原材料和实验方法25-28
• 2.1 实验原料与仪器25
• 2.1.1 实验原料25
• 2.1.2 实验设备及器材25
• 2.1.3 测试仪器25
• 2.2 实验过程25-26
• 2.2.1 (Pb_(0.9)Ba_(0.1-x)Sr_x)ZrO_3陶瓷的制备25-26
• 2.2.2 Co_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4纳米磁性粉体的制备26
• 2.2.3 (1-x)Pb_(0.9)Ba_(0.1)ZrO_(3-x)Co_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4复合陶瓷的制备26
• 2.3 性能表征及测试26-28
• 2.3.1 X射线衍射(XRD)26-27
• 2.3.2 升温介电及阻抗性能测试27
• 2.3.3 铁电性能及磁性能测试27-28
• 第三章 锆酸铅钡锶陶瓷高温介电弛豫及铁电储能研究28-39
• 3.1 前言28
• 3.2 结果与分析28-38
• 3.2.1 所有组分样品的XRD28-29
• 3.2.2 介电性能分析29-33
• 3.2.3 阻抗研究33-35
• 3.2.4 活化能分析35-37
• 3.2.5 铁电性能研究37-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第四章 反铁电/铁磁复合陶瓷PBZ/CNFO的介电、铁电及铁磁储能研究39-49
• 4.1 前言39-40
• 4.2 结果与分析40-48
• 4.2.1 样品的XRD图谱40-41
• 4.2.2 介电性能研究41-43
• 4.2.3 阻抗分析43-45
• 4.2.4 活化能分析45-46
• 4.2.5 铁电性能研究46-47
• 4.2.6 磁性能研究47-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 共沉淀法制备Co_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4纳米磁性粉体及磁性能研究49-53
• 5.1 前言49
• 5.2 结果与分析49-52
• 5.2.1 样品的XRD分析49-51
• 5.2.2 磁性能研究51-52
• 5.3 本章小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-63
• 攻读硕士期间发表论文63-65
• 致谢65

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