Na 0.5 Bi 0.5 TiO 3 铁电陶瓷的微结构和电学行为及第一性原理计算
发布时间：2023-02-11 12:26
钙钛矿铁电体具有自发极化,在电场作用下可高效调控离子位移,在计算机存储器、压电材料等方面应用前景广阔。钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3,NBT)作为一种自发极化值较高、可替代现有铅基铁电材料的ABO3型无铅钙钛矿铁电体,对其结构与性能的研究主要面临两种问题:(1)A位Na、Bi元素化合价不等价导致NBT的A位阳离子的分布尚存争议;(2)Bi元素在热处理过程中极易挥发,缺陷导致的漏电使NBT的电学性能恶化。本课题采用实验合成表征和第一性原理计算相结合方法,深入探究A位阳离子分布对NBT的本征结构和电学性能的作用机制。采用XRD、TEM、拉曼光谱和介电测量等手段对NBT陶瓷样品进行了测试,在室温下检测到了NBT中的局部结构(纳米微区)。通过TEM检测到了纳米微区的化学成分为Bi富集区域,Bi富集纳米微区的存在诱发了NBT在高频下的弛豫行为。为改善NBT在电学性能方面难以极化、低频弛豫性弱等缺点,采用多离子溶胶-凝胶法制备A位掺杂的(Na0.5Bi0.5)...
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的背景和意义
1.1.1 课题的来源
1.1.2 课题研究的背景和意义
1.2 Na0.5Bi0.5TiO3铁电陶瓷概述
1.2.1 Na0.5Bi0.5TiO3的相变过程
1.2.2 Na0.5Bi0.5TiO3的A位阳离子分布
1.2.3 Na0.5Bi0.5TiO3的电学行为
1.3 溶胶-凝胶合成方法概述
1.3.1 溶胶-凝胶法的概念和原理
1.3.2 溶胶品质的影响因素
1.4 钙钛矿铁电体的第一性原理计算
1.4.1 钙钛矿相变的第一性原理计算
1.4.2 掺杂钙钛矿的第一性原理计算
1.5 主要研究内容
第2章 试验材料与计算方法
2.1 试验材料
2.2 制备工艺
2.2.1 纯相Na0.5Bi0.5TiO3溶胶-凝胶制备
2.2.2 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3的溶胶-凝胶制备
2.2.3 工艺参数的选择
2.3 材料结构与性能分析
2.3.1 X射线衍射(XRD)分析
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)分析
2.3.3 透射电子显微镜(TEM)分析
2.3.4 拉曼激光光谱分析
2.3.5 介电性能分析
2.3.6 铁电性能分析
2.4 第一性原理计算方法
第3章 Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的微结构
3.1 Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷微结构的晶体学表征
3.1.1 Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷微结构XRD物相分析
3.1.2 Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷微结构的TEM分析
3.2 Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷微结构的高频介电响应
3.2.1 Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷微结构的变温介电分析
3.2.2 Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷微结构的拉曼光谱响应
3.3 本章小结
第4章 掺杂改性Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的电学行为
4.1 引言
4.2 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的微观结构
4.2.1 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的XRD物相分析
4.2.2 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的SEM分析
4.2.3 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的TEM分析
4.2.4 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的拉曼光谱分析
4.3 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的电学响应
4.3.1 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的介电响应
4.3.2 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的铁电行为
4.3.3 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的储能性能
4.4 本章小结
第5章 Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的第一性原理计算
5.1 Na0.5Bi0.5TiO3晶体的本征结构和电子结构
5.1.1 计算模型、参数及收敛性测试
5.1.2 Na0.5Bi0.5TiO3的能带结构及态密度
5.1.3 Na0.5Bi0.5TiO3晶体的成键分析
5.2 Na0.5Bi0.5TiO3晶体Bi富集的微结构
5.2.1 A位阳离子富集Na0.5Bi0.5TiO3晶体的本征结构
5.2.2 Bi富集对Na0.5Bi0.5TiO3晶体微结构的影响
5.3 Na0.5Bi0.5TiO3晶体的自发极化
5.4 本章小结
结论
参考文献
硕士期间发表论文及专利
致谢
本文编号：3740384
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【学位级别】：硕士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的背景和意义
1.1.1 课题的来源
1.1.2 课题研究的背景和意义
1.2 Na0.5Bi0.5TiO3铁电陶瓷概述
1.2.1 Na0.5Bi0.5TiO3的相变过程
1.2.2 Na0.5Bi0.5TiO3的A位阳离子分布
1.2.3 Na0.5Bi0.5TiO3的电学行为
1.3 溶胶-凝胶合成方法概述
1.3.1 溶胶-凝胶法的概念和原理
1.3.2 溶胶品质的影响因素
1.4 钙钛矿铁电体的第一性原理计算
1.4.1 钙钛矿相变的第一性原理计算
1.4.2 掺杂钙钛矿的第一性原理计算
1.5 主要研究内容
第2章 试验材料与计算方法
2.1 试验材料
2.2 制备工艺
2.2.1 纯相Na0.5Bi0.5TiO3溶胶-凝胶制备
2.2.2 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3的溶胶-凝胶制备
2.2.3 工艺参数的选择
2.3 材料结构与性能分析
2.3.1 X射线衍射(XRD)分析
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)分析
2.3.3 透射电子显微镜(TEM)分析
2.3.4 拉曼激光光谱分析
2.3.5 介电性能分析
2.3.6 铁电性能分析
2.4 第一性原理计算方法
第3章 Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的微结构
3.1 Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷微结构的晶体学表征
3.1.1 Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷微结构XRD物相分析
3.1.2 Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷微结构的TEM分析
3.2 Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷微结构的高频介电响应
3.2.1 Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷微结构的变温介电分析
3.2.2 Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷微结构的拉曼光谱响应
3.3 本章小结
第4章 掺杂改性Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的电学行为
4.1 引言
4.2 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的微观结构
4.2.1 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的XRD物相分析
4.2.2 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的SEM分析
4.2.3 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的TEM分析
4.2.4 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的拉曼光谱分析
4.3 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的电学响应
4.3.1 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的介电响应
4.3.2 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的铁电行为
4.3.3 掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的储能性能
4.4 本章小结
第5章 Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的第一性原理计算
5.1 Na0.5Bi0.5TiO3晶体的本征结构和电子结构
5.1.1 计算模型、参数及收敛性测试
5.1.2 Na0.5Bi0.5TiO3的能带结构及态密度
5.1.3 Na0.5Bi0.5TiO3晶体的成键分析
5.2 Na0.5Bi0.5TiO3晶体Bi富集的微结构
5.2.1 A位阳离子富集Na0.5Bi0.5TiO3晶体的本征结构
5.2.2 Bi富集对Na0.5Bi0.5TiO3晶体微结构的影响
5.3 Na0.5Bi0.5TiO3晶体的自发极化
5.4 本章小结
结论
参考文献
硕士期间发表论文及专利
致谢
本文编号：3740384
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