PLZST陶瓷的相图及光电特性研究

发布时间：2017-05-19 04:10

  本文关键词：PLZST陶瓷的相图及光电特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,铅基AB03钙钛矿材料由于在准同型相界(MPB)附近具有一些些优异的性质(如铁电、反铁电、压电与热释电)而成为研究的热门。其中,锆钛酸铅(PZT)系统作为一种典型的钙钛矿材料具有某些特殊的性质,如双电滞回线、大的应力作用、可观的热释电系数与巨大的电热效应。这些性质使它们广泛地应用在高能存储电容器、高应变传感器或制动器、红外探测器与制冷器件等方面。另外,由于PZT很容易通过掺杂改性或调整杂质组分而在很大范围内调节其性能,以满足不同的需求,因此在短短的数年中,PZT迅速成为压电材料的主流。相比于母体PZT系统,A和B-位掺杂的(PbLa)(ZrSnTi)O3 (简称PLZST)材料拥有复杂的相变温度区域,而使其相图结构更加丰富。因此,研究PLZST的相变机制是非常有意义的。然而,目前开展的大量研究是基于微观结构表征或者以电学为主的宏观特性研究,通过光学手段来研究相变机制是非常少见的。众所周知,相变是由于晶体结构发生变化。晶体结构变化会伴随电子跃迁与声子模式的变化,这些变化最终会导致材料光学特性的变化。因此,通过光学特性来研究相变机制是非常合理且具有重要意义的。本论文主要通过变温椭圆偏振光谱与拉曼散射等光学手段来研究PLZST陶瓷的相变机制。通过研究电子能带结构与低波数声子模式,发现了两个特殊的相(无公度相与中间相)并丰富了PLZST陶瓷丰富的相图。本论文的主要工作如下：(1)通过变温椭圆偏振光谱实验研究了不同镧(La)组分(Pb1-1.5xLax)(Zr0.42Sn0.40Ti0.18)O3 (PLZST 100x/42/40/18)陶瓷的光学性质与相变机制。对复介电函数的二阶导数进行标准线形拟合得到两个带间临界点(Ecp1和Ecp2),分别位于3.9与5.1 eV。基于带间临界点随温度的变化规律,很好地提出了PLZST陶瓷的相图。此外,在正常公度反铁电四方相温度的上方发现了一个特殊的无公度反铁电相。该相在居里温度以下是稳定的,随着温度降低缓慢地向公度结构演变。这可能是由于无公度畴壁强烈的钉扎效应引起的。该现象可能起源于La掺杂引起的铁电序与反铁电序的竞争相互作用。(2)通过X射线衍射与变温拉曼散射实验研究了不同钛(Ti)组分(Pb0.97La0.02) (Zr0.60Sn0.40-yTiy)O3 (PLZST 97/2/60/40-100y/100y)陶瓷的光学声子模式与相变机制。基于低波数声子模式的温度依赖性,发现两个相变(反铁电正交相-中间相和中间相-顺电立方相)并很好地提出了PLZST陶瓷的相图。其中,中间相可能是反铁电正交相与铁电三方相的混相。另外,在高温顺电立方相中,发现了两个声子模式(软模和非谐跳跃中心模式)。研究得到,随着温度降低,在太赫兹波数范围,非谐跳跃中心模式分裂成两个模式。此外,在反铁电正交相中出现一个反铁畸变模式。
【关键词】：PLZST陶瓷 带间临界点 无公度相 声子模式 中间相 相图
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 研究背景12-15
• 参考文献15-17
• 第二章 PLZST陶瓷的结构及测量手段17-23
• 2.1 PLZST陶瓷介绍17-19
• 2.1.1 钙钛矿型晶体结构17-19
• 2.1.2 PZT相图19
• 2.2 材料的测试及表征手段19-22
• 2.2.1 椭圆偏振光谱19-20
• 2.2.2 拉曼散射光谱20-22
• 参考文献22-23
• 第三章 La掺杂PLZST陶瓷的相图与无公度反铁电相23-33
• 3.1 La掺杂PLZST陶瓷的相变研究23-30
• 3.1.1 椭圆偏振光谱实验23
• 3.1.2 PLZST陶瓷的表面形貌和复介电函数23-25
• 3.1.3 PLZST陶瓷带间临界点的温度依赖性25-28
• 3.1.4 PLZST陶瓷的相图28-30
• 3.2 本章小结30-31
• 参考文献31-33
• 第四章 Ti掺杂PLZST陶瓷的低波数声子模式与中间相33-44
• 4.1 Ti掺杂PLZST陶瓷的相变研究33-40
• 4.1.1 拉曼散射与数据处理33-34
• 4.1.2 XRD结构分析34-35
• 4.1.3 变温拉曼光谱35-40
• 4.2 本章小结40-41
• 参考文献41-44
• 第五章 总结与展望44-46
• 5.1 总结44-45
• 5.2 展望45-46
• 附录Ⅰ 攻读硕士学位期间科研成果清单及奖励46-47
• 附录Ⅱ 致谢47

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本文编号：377735