铁电陶瓷挠曲电效应的应用研究

发布时间：2020-09-21 18:42

　　 与压电效应相比,挠曲电效应不受晶体对称性限制,具有中心对称结构的晶体中仍然存在挠曲电效应,这使挠曲电效应在高温下具有更广泛的应用前景。利用挠曲电效应,可以设计并制备出具有高温度稳定性以及压电响应的材料,但目前挠曲电效应应用领域已发表的研究成果还比较少。在本文中,我们使用960%N_2和4%H_2混合气体作为还原气氛,在高温条件下非对称地还原了 Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3基铁电陶瓷样品。实验结果表明还原之后样品的挠曲电系数提高了 100倍左右,并且在退极化温度之上材料仍然有很高的表观压电响应。实验中探究了这种材料在高温能量采集领域的应用,发现在退极化温度之上,与未还原样品相比,还原之后样品的最大输出功率提高了约有100倍。尽管实验结果也表明在退极化温度之下,与传统利用压电效应制备的能量采集器件相比,挠曲电效应能量采集器件的输出功率密度还是很小,但Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3基铁电陶瓷挠曲电效应能量采集实验为高温能量采集提供了一个新思路。逆挠曲电效应是指介电材料在电场梯度作用下产生应变的现象,属于机电耦合的一种。从逆挠曲电概念被提出至今,逆挠曲电效应领域很少有文章报道,机理方面研究更少。本文利用悬臂梁方式,测试了xBaTiO_3-(1-x)SrTiO_3体系长条样品在电场作用下的弯曲情况。实验中发现室温下BaTiO_3样品的电场与位移之间呈线性关系,SrTiO_3样品的电场与位移之间为二次方关系。并且发现在相同电场下,距夹持点不同距离处,样品的弯曲位移不同,即样品在长度方向上发生了弯曲。实验中利用表面打磨的方法,定性的探究了样品表面对弯曲位移的贡献,结果表明打磨掉表面之后样品的弯曲位移减小,说明样品表面对弯曲位移有一定贡献。另一方面测试过程中不可避免的会有电荷注入到样品中,通过在样品表面涂覆高分子阻隔层阻止电荷注入,发现阻止不同电极的电荷注入可以改变样品的弯曲方向,说明电荷注入对样品弯曲有着重要的影响。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ174.1
【部分图文】：

图１．１邋（ａ）邋ａ石英晶体；（ｂ）石英晶体ｘ切割示意图；（ｃ）ｘ切割的石英晶片受到Ｘ轴方向上压应力逡逑时表面产生电荷情况；（ｄ）受到Ｘ轴方向上拉应力作用时的情况逡逑如图１．邋１所示，以ｘ切割的ａ石英晶体为例［２］，当在ｘ轴方向上施加压应力时，逡逑则会在晶体切片垂直于ｘ轴方向的两个表面上产生相应的感应电荷，且电荷密度逡逑与垂直ｘ轴面上的应力大小成正比，在这里电荷密度可以看作是极化强度沿ｘ轴方逡逑向上的分量，则可以表示为：逡逑Ｐ］邋＝邋ｄｎ邋ｘ邋Ｘ，逦（１．１）逡逑其中ｄｕ称为压电常数，主要表征压电材料在一定应力条件下产生电荷的多少，逡逑单位为ｐＣ／Ｎ。如图１．邋１（ｄ）中所示当晶体切片受到拉应力作用时，则产生的电荷逡逑与压应力相反。由于压电材料的这种特性，压电材料被广泛的应用在麦克风、换逡逑能器、加速度传感器等领域［３４］。逡逑推广到一般情况

逦（ｃ）逦（ｄ）逡逑图１．１邋（ａ）邋ａ石英晶体；（ｂ）石英晶体ｘ切割示意图；（ｃ）ｘ切割的石英晶片受到Ｘ轴方向上压应力逡逑时表面产生电荷情况；（ｄ）受到Ｘ轴方向上拉应力作用时的情况逡逑如图１．邋１所示，以ｘ切割的ａ石英晶体为例［２］，当在ｘ轴方向上施加压应力时，逡逑则会在晶体切片垂直于ｘ轴方向的两个表面上产生相应的感应电荷，且电荷密度逡逑与垂直ｘ轴面上的应力大小成正比，在这里电荷密度可以看作是极化强度沿ｘ轴方逡逑向上的分量，则可以表示为：逡逑Ｐ］邋＝邋ｄｎ邋ｘ邋Ｘ，逦（１．１）逡逑其中ｄｕ称为压电常数，主要表征压电材料在一定应力条件下产生电荷的多少，逡逑单位为ｐＣ／Ｎ。如图１．邋１（ｄ）中所示当晶体切片受到拉应力作用时，则产生的电荷逡逑与压应力相反。由于压电材料的这种特性

知譬RG．８逡逑0。逡逑图１．２邋（ａ）立方相钙钛矿晶胞结构；（ｂ）四方相钙钛矿晶胞结构逡逑多铁材料在不同温度区间具有不同晶体结构，例如钛酸钡晶体室温到１２５°Ｃ逡逑之间处于四方相，高于１２５°Ｃ时处于立方相。立方相钙钛矿结构中，０离子与半逡逑径较大的Ａ离子做立方密堆积，半径较小的Ｂ离子占据１／４的八面体空隙＂°］。图逡逑２逡逑

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 高西汉;钙钛矿结构[J];压电与声光;1994年04期

本文编号：2823852