铁酸铋系压电陶瓷的制备工艺探索和物性研究

发布时间：2021-07-02 22:02

　　铁酸铋（BiFeO3）拥有高的居里温度（约825 ℃）和大的剩余极化强度（大于100μC/cm2）,是少数的能在室温以上具有（反）铁磁性和铁电性的多铁材料,因而在铁电、压电和磁电耦合领域都具有重要的研究价值。然而,BiFeO3矫顽场很高,且不易制备纯相,因而通常难以充分施加电场极化。近年来,对于BiFeO3系陶瓷的研究主要集中在与其相关的固溶体系。研究人员发现通过微量元素掺杂或者利用构建准同型相界可以明显提高该类材料的压电性能。通过利用新的制备工艺,如:液相快速烧结、微波烧结、两步烧结等也可以进一步改善BiFeO3系压电陶瓷的综合性能,但有关该类材料制备工艺的研究报道仍较少。本文主要对BiFeO3系压电陶瓷的制备工艺方法进行了探索性研究。深入研究了温度梯度烧结工艺及衬底辅助烧结工艺对BiFeO3陶瓷自极化效应的影响,获得了具有较强宏观自极化BiFeO3陶瓷,并对BiFeO3陶瓷在制备过程中形成强宏观自极化的物理机制提出了合理的解释。此外,本文还探索了分步合成工艺对BiFeO3系压电陶瓷综合性能的影响,在（1-x）BiFeO3-xBaTiO3体系陶瓷中获得了相比传统制备工艺样品更优的综合... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１?（ａ）正压电效应；（ｂ）逆压电效应??压电效应分为正压电效应和逆压电效应，实质上是机械能和电能相互转换的??

??械变形的现象，实质上是电能转换为机械能的过程。如图１．１（ｂ）所示，沿电介质??的极化方向施加电场时，电介质在一定的方向会产生机械变形或应力。??１．１．２压电陶瓷??压电陶瓷是一类具有压电特性、能将机械能和电能相互转换的功能陶瓷材??料。为了使压电陶瓷展现宏观的压电特性，通常需将其置于强直流电场下进行极??化处理，使自发极化矢量沿电场方向重新取向，从而显示宏观压电性。未经电场??极化处理时，各个铁电晶粒的自发极化矢量一般混乱取向，其中自发极化方向一??致的区域定义为电畴。从宏观统计上来看，整个陶瓷中包含许多不同方向的电畴??（如图１．２（ａ）所示），各个方向上的极化强度互相抵消，宏观上对外部不显示极性，??陶瓷不具有压电效应。将陶瓷样品置于强直流电场下进行一段时间的极化处理??时，各晶粒的自发极化矢量在一定程度上按外电场方向重新取向，自发极化方向??与电场方向一致的电畴不断增大（如图１．２（ｂ）所示）。之后

??面体发生位移，结构产生不均匀性（如图１．３所示）ｃＢｉＦｅ０３的居里温度为８２５?°Ｃ，??尼尔温度为３７０?°Ｃ，在室温以上同时具有（反）铁磁性能和铁电性能、以及磁电耦??合现象，是一种广泛研宄的单相多铁材料??图１．３铁酸铋晶胞结构示意图??２００３年，铁酸铋的研宄取得了重大进展。Ｗａｎｇ等人通过脉冲激光沉积手段??制备了?ＢｉＦｅＯｄｈ延薄膜，发现室温下样品具有良好的铁电性和一定的磁性，其??剩余极化强度为５０?－?６０?ｐＣ／ｃｍ２，比块状铁酸铋材料的剩余极化强度高出一个数??量级［１７］。随后，在ＢｉＦｅ０３单晶的［１１１］方向测得剩余极化强度为１００｜ｉＣ／ｃｍ２，与??第一性原理计算得到的数值相符［１４］。这些重要发现极大促进了铁酸铋材料的研??宄，使其在铁电存储器等方面得到广泛的发展。??铁酸铋材料作为有潜力的高温无铅压电材料

【参考文献】：
期刊论文
[1]高温压电陶瓷研究进展[J]. 文海,王晓慧,赵巍,王浩,李龙土,桂治轮.  硅酸盐学报. 2006(11)



本文编号：3261307