PLZT电控光散射陶瓷微结构调控及性能研究
发布时间：2021-11-27 23:02
自1972年Haertling等人在美国桑迪亚国家重点实验室采用热压烧结工艺首次制得了锆钛酸铅镧（简记为PLZT）电光陶瓷以来,除了一般铁电材料所具有的铁电、压电及热释电等性能外,其独特的电光效应便逐渐为我们所熟知,尤其是电控光散射效应,即在外电场调控下,通过样品的入射光发生强的散射,以实现对光的调制,使得PLZT更广泛地应用于图像储存和显示器件等方面,更有望应用于偏振无关的高速光调制器中。PLZT电光陶瓷的电控光散射效应与材料的晶粒大小、实验工艺及内应力息息相关,但囿于陶瓷制备工艺的限制,导致材料性能欠缺,因此本论文通过对材料进行晶种掺杂及成品的退火处理,调控材料晶粒尺寸,改善材料性能。采用sol-gel化学法制备了化学活性好、均匀细颗粒的PLZT晶种,XRD显示为钙钛矿结构,并在陶瓷粉体中预置该晶种,以促进晶粒在烧结过程中长大。采用通氧热压烧结工艺,制备了致密化结构均匀的PLZT（8/68/32）电光陶瓷样品,系统研究了晶种掺杂含量（0%、5%、10%及15%）对材料的相貌结构及各性能的影响。研究发现:在烧结过程中,各样品均形成了稳定的钙钛矿结构,是典型的立方相结构,且随着晶种掺杂...
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钙钛矿材料的晶胞结构
图 1.1 弛豫铁电体（0.93PMN-0.07PT）在 1kHz,10kHz 和 100kHz，普通铁电体Ba（TiO3）在 1kHz，BaTiO3-Y5V 电容器的典型介电特性Fig 1.1 Dielectric property of relaxor （0.93PMN-0.07PT）at 1kHz,10kHz and100kHz, ferroelectric Ba（TiO3）at 1kHz respectively1.2.2 PLZT 电光陶瓷的结构PLZT 电光陶瓷是一种典型的铅基复合钙钛矿弛豫[15]（即 ABO3）型材料 ,其公认的化学组成式为：Pb1-xLax(ZryTiz)1-x/4O3，(简称 PLZT)。其中 La、Zr、Ti 的成分可用 X/Y/Z 表示，x 可在 0.01—0.30 之间变化，y+z=1。例如 8/68/32，表示为材料化学组成为 Pb0.92La0.08(Zr0.68Ti0.32)0.98O3的陶瓷，由此化学式可以看出，在ABO3型钙钛矿结构中，Pb2+和 La3+全部填满 A 位置，为了使正、负离子电价数平衡，由 B 位置（Zr,Ti）产生空位来进行补偿。因此，每加入 4 个原子的 La，就会产生一个 B 位置的（Zr,Ti）空位。
整个晶体也可以看成是由氧八面体共顶点连接形成的，如图 1）所示，中心为 B 位离子占据，各氧八面体之间的空隙由 A 位离子占据，子和 B 位离子的配位数分别为 12 和 6。图 1.3 所示为 PLZT 固溶体的室温相图[20-25]。从相图中我们可以看出：）La 的加入量对于各体系晶相变化的影响很大，La 含量的微小变化就可以系统晶相的质变。当 La 加入的含量在 30 以上时，整个系统在室温下完全铁电性，都处于立方顺电相，与锆钛比值无关。（2）在 Zr 含量较高处，左端，整个体系为“混合相”，范围从 PbZrO3纯组分到锆钛比值为 90/10，经鉴定，混合相为 PbZrO3和 La2Zr2O7的混合物。（3）铁电三方相与铁方相的准同型相界（MPB）不是十分分明的，在此范围内，X 射线分析表相是共存的。由于铁电三方相有 8 个可能的极化方向，铁电四方相有六个的极化方向，因此在 MPB 附近的材料就具有 14 个可能的极化方向。（4）电-立方相-反铁电与铁电相之间，存在一个有一定宽度的过度区域，这个的精确性质至今还未研究清楚，但可以认为是由于微观尺度上的化学局部引起的两相混合的过渡状态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]镝掺杂锆钛酸铅镧透明陶瓷的结构和电光性能[J]. 何夕云,张勇,郑鑫森,仇萍荪. 光学学报. 2009(06)
本文编号：3523212
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钙钛矿材料的晶胞结构
图 1.1 弛豫铁电体（0.93PMN-0.07PT）在 1kHz,10kHz 和 100kHz，普通铁电体Ba（TiO3）在 1kHz，BaTiO3-Y5V 电容器的典型介电特性Fig 1.1 Dielectric property of relaxor （0.93PMN-0.07PT）at 1kHz,10kHz and100kHz, ferroelectric Ba（TiO3）at 1kHz respectively1.2.2 PLZT 电光陶瓷的结构PLZT 电光陶瓷是一种典型的铅基复合钙钛矿弛豫[15]（即 ABO3）型材料 ,其公认的化学组成式为：Pb1-xLax(ZryTiz)1-x/4O3，(简称 PLZT)。其中 La、Zr、Ti 的成分可用 X/Y/Z 表示，x 可在 0.01—0.30 之间变化，y+z=1。例如 8/68/32，表示为材料化学组成为 Pb0.92La0.08(Zr0.68Ti0.32)0.98O3的陶瓷，由此化学式可以看出，在ABO3型钙钛矿结构中，Pb2+和 La3+全部填满 A 位置，为了使正、负离子电价数平衡，由 B 位置（Zr,Ti）产生空位来进行补偿。因此，每加入 4 个原子的 La，就会产生一个 B 位置的（Zr,Ti）空位。
整个晶体也可以看成是由氧八面体共顶点连接形成的，如图 1）所示，中心为 B 位离子占据，各氧八面体之间的空隙由 A 位离子占据，子和 B 位离子的配位数分别为 12 和 6。图 1.3 所示为 PLZT 固溶体的室温相图[20-25]。从相图中我们可以看出：）La 的加入量对于各体系晶相变化的影响很大，La 含量的微小变化就可以系统晶相的质变。当 La 加入的含量在 30 以上时，整个系统在室温下完全铁电性，都处于立方顺电相，与锆钛比值无关。（2）在 Zr 含量较高处，左端，整个体系为“混合相”，范围从 PbZrO3纯组分到锆钛比值为 90/10，经鉴定，混合相为 PbZrO3和 La2Zr2O7的混合物。（3）铁电三方相与铁方相的准同型相界（MPB）不是十分分明的，在此范围内，X 射线分析表相是共存的。由于铁电三方相有 8 个可能的极化方向，铁电四方相有六个的极化方向，因此在 MPB 附近的材料就具有 14 个可能的极化方向。（4）电-立方相-反铁电与铁电相之间，存在一个有一定宽度的过度区域，这个的精确性质至今还未研究清楚，但可以认为是由于微观尺度上的化学局部引起的两相混合的过渡状态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]镝掺杂锆钛酸铅镧透明陶瓷的结构和电光性能[J]. 何夕云,张勇,郑鑫森,仇萍荪. 光学学报. 2009(06)
本文编号：3523212
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