钛酸铋钠钾无铅陶瓷铁电稳定性调控与电学性质
发布时间：2023-05-13 19:33
钛酸铋钠((Bi1/2Na1/2)TiO3,BNT)是一种A位复合钙钛矿结构铁电氧化物,其无铅环保,且与其它无铅体系相比具有较好的机电耦合性能,被认为是有望发展成为替代铅基压电陶瓷的材料之一。此外,BNT基陶瓷在介电储能、电卡效应、氧离子导体、湿度敏感等方面也显示出了优良的性能和一定的实用化发展潜力。从基础研究的角度来看,BNT基陶瓷属于弛豫铁电体,具有高度无序的结构和复杂的相变,其铁电长程序极不稳定,使得传统锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3,PZT)体系中总结出的某些经典规律在BNT体系中可能不再适用,需要重新认识。另一方面,BNT基陶瓷的弛豫特性也意味着这类材料可能存在丰富的新性能和新应用,有待进一步挖掘。本论文旨在前人工作的基础上进一步完善BNT基陶瓷性能调控的基本规律,开发BNT基陶瓷可能具有的新性能和新应用,以推动无铅铁电智能材料的进一步发展。为了达到上述目的,本论文以准同型相界组成的钛酸铋钠钾(Bi1/2(Na0.8K0.2
【文章页数】：206 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 铁电材料基本原理概述
1.2.1 铁电性与铁电材料
1.2.2 铁电热力学与电滞回线模型
1.2.3 压电效应及其影响因素
1.2.4 弛豫铁电性
1.3 BNT基无铅铁电陶瓷研究进展
1.3.1 BNT基陶瓷的结构与相变
1.3.2 BNT基陶瓷铁电稳定性及其影响
1.3.3 BNT基陶瓷的机电耦合性能
1.3.4 BNT基陶瓷性能的扩展
1.4 本文的研究思路与主要内容
第2章 实验方法
2.1 样品的组成和制备工艺
2.1.1 样品组成设计
2.1.2 原料与设备
2.1.3 样品制备工艺
2.2 样品结构表征与电学性质测试
2.2.1 结构表征方法
2.2.2 电学性质测试方法
第3章 Fe掺杂BNKT陶瓷的电学性质与退极化行为
3.1 引言
3.2 样品结构分析
3.2.1 晶体结构
3.2.2 显微结构
3.3 Fe掺杂对BNKT陶瓷铁电长程序的稳定化作用
3.3.1 极化前后的物相结构
3.3.2 室温铁电性质
3.3.3 变温铁电性质
3.3.4 介温特性
3.3.5 缺陷偶极对铁电长程序的稳定化作用
3.4 Fe掺杂对BNKT陶瓷压电性质和退极化温度的影响
3.4.1 压电性质和退极化行为
3.4.2 压电常数和退极化温度同时提高的原因分析
3.5 本章小结
第4章 Fe掺杂BNKT陶瓷的热力学分析与电场-温度相图
4.1 引言
4.2 Fe掺杂BNKT陶瓷电场诱导相变
4.2.1 电场加载频率的影响
4.2.2 场历史的影响
4.2.3 温度的影响
4.3 Fe掺杂BNKT陶瓷热力学建模分析
4.3.1 基于Landau-Devonshire理论的定性模拟
4.3.2 唯象建模与双电滞回线拟合
4.3.3 Fe掺杂对BNKT陶瓷影响的热力学分析
4.4 Fe掺杂BNKT陶瓷电场-温度相图
4.4.1 电场-温度相图的构筑
4.4.2 电场-温度相图与机电耦合性能的相关性
4.5 Fe掺杂BNKT陶瓷的高温电致应变
4.5.1 温度对BNKT基陶瓷电致应变的影响
4.5.2 Fe掺杂对BNKT陶瓷高温电致应变的影响
4.6 本章小结
第5章 Fe、Nb共掺杂对BNKT陶瓷铁电稳定性和机电耦合性质的影响
5.1 引言
5.2 样品结构分析
5.2.1 晶体结构
5.2.2 显微结构
5.3 Fe、Nb共掺杂对BNKT陶瓷铁电稳定性的影响
5.3.1 极化前后的物相结构
5.3.2 介温特性
5.3.3 铁电性质
5.4 Fe、Nb共掺杂对BNKT陶瓷机电耦合性质的影响
5.4.1 弱场压电性质
5.4.2 强场电致应变性质
5.5 本章小结
第6章 BNT基陶瓷铁电三态存储与应变记忆效应
6.1 引言
6.1.1 铁电多态存储
6.1.2 铁电陶瓷中的应变记忆
6.2 基于弛豫-铁电相变的铁电三态存储和应变记忆原理
6.3 BNKTFN陶瓷结构与铁电性质表征
6.3.1 微观结构
6.3.2 铁电性质
6.4 BNKTFN陶瓷的三势阱自由能
6.4.1 BNKTFN与 PZT陶瓷极化响应行为差异
6.4.2 BNKTFN极化响应模拟
6.5 BNKTFN陶瓷铁电三态存储与应变记忆效应
6.5.1 “写入/读取”波形设计
6.5.2 BNKTFN陶瓷的铁电三态存储效应
6.5.3 BNKTFN陶瓷的应变记忆效应
6.6 本章小结
第7章 结论
致谢
参考文献
附录 攻读博士学位期间已发表和待发表的论文
本文编号：3816377
【文章页数】：206 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 铁电材料基本原理概述
1.2.1 铁电性与铁电材料
1.2.2 铁电热力学与电滞回线模型
1.2.3 压电效应及其影响因素
1.2.4 弛豫铁电性
1.3 BNT基无铅铁电陶瓷研究进展
1.3.1 BNT基陶瓷的结构与相变
1.3.2 BNT基陶瓷铁电稳定性及其影响
1.3.3 BNT基陶瓷的机电耦合性能
1.3.4 BNT基陶瓷性能的扩展
1.4 本文的研究思路与主要内容
第2章 实验方法
2.1 样品的组成和制备工艺
2.1.1 样品组成设计
2.1.2 原料与设备
2.1.3 样品制备工艺
2.2 样品结构表征与电学性质测试
2.2.1 结构表征方法
2.2.2 电学性质测试方法
第3章 Fe掺杂BNKT陶瓷的电学性质与退极化行为
3.1 引言
3.2 样品结构分析
3.2.1 晶体结构
3.2.2 显微结构
3.3 Fe掺杂对BNKT陶瓷铁电长程序的稳定化作用
3.3.1 极化前后的物相结构
3.3.2 室温铁电性质
3.3.3 变温铁电性质
3.3.4 介温特性
3.3.5 缺陷偶极对铁电长程序的稳定化作用
3.4 Fe掺杂对BNKT陶瓷压电性质和退极化温度的影响
3.4.1 压电性质和退极化行为
3.4.2 压电常数和退极化温度同时提高的原因分析
3.5 本章小结
第4章 Fe掺杂BNKT陶瓷的热力学分析与电场-温度相图
4.1 引言
4.2 Fe掺杂BNKT陶瓷电场诱导相变
4.2.1 电场加载频率的影响
4.2.2 场历史的影响
4.2.3 温度的影响
4.3 Fe掺杂BNKT陶瓷热力学建模分析
4.3.1 基于Landau-Devonshire理论的定性模拟
4.3.2 唯象建模与双电滞回线拟合
4.3.3 Fe掺杂对BNKT陶瓷影响的热力学分析
4.4 Fe掺杂BNKT陶瓷电场-温度相图
4.4.1 电场-温度相图的构筑
4.4.2 电场-温度相图与机电耦合性能的相关性
4.5 Fe掺杂BNKT陶瓷的高温电致应变
4.5.1 温度对BNKT基陶瓷电致应变的影响
4.5.2 Fe掺杂对BNKT陶瓷高温电致应变的影响
4.6 本章小结
第5章 Fe、Nb共掺杂对BNKT陶瓷铁电稳定性和机电耦合性质的影响
5.1 引言
5.2 样品结构分析
5.2.1 晶体结构
5.2.2 显微结构
5.3 Fe、Nb共掺杂对BNKT陶瓷铁电稳定性的影响
5.3.1 极化前后的物相结构
5.3.2 介温特性
5.3.3 铁电性质
5.4 Fe、Nb共掺杂对BNKT陶瓷机电耦合性质的影响
5.4.1 弱场压电性质
5.4.2 强场电致应变性质
5.5 本章小结
第6章 BNT基陶瓷铁电三态存储与应变记忆效应
6.1 引言
6.1.1 铁电多态存储
6.1.2 铁电陶瓷中的应变记忆
6.2 基于弛豫-铁电相变的铁电三态存储和应变记忆原理
6.3 BNKTFN陶瓷结构与铁电性质表征
6.3.1 微观结构
6.3.2 铁电性质
6.4 BNKTFN陶瓷的三势阱自由能
6.4.1 BNKTFN与 PZT陶瓷极化响应行为差异
6.4.2 BNKTFN极化响应模拟
6.5 BNKTFN陶瓷铁电三态存储与应变记忆效应
6.5.1 “写入/读取”波形设计
6.5.2 BNKTFN陶瓷的铁电三态存储效应
6.5.3 BNKTFN陶瓷的应变记忆效应
6.6 本章小结
第7章 结论
致谢
参考文献
附录 攻读博士学位期间已发表和待发表的论文
本文编号：3816377
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3816377.html
