热处理工艺对溶胶凝胶法制备的铌酸钾钠压电薄膜的影响

发布时间：2017-05-21 21:21

  本文关键词：热处理工艺对溶胶凝胶法制备的铌酸钾钠压电薄膜的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铌酸钾钠(KNN)无铅压电材料由于其高的居里温度、优良的压电铁电性能、以及生物相容性,成为替代铅基压电材料的最佳选择之一,可应用于驱动器、换能器、传感器、变压器等多个领域。随着电子元器件小型化、集成化的发展,KNN压电材料的制备从块体材料向薄膜材料转变,对于高性能KNN无铅压电薄膜的制备研究已成为压电材料领域的一大热点。本文分别采用了溶胶凝胶醇盐法和溶胶凝胶非醇盐法制备了KNN薄膜,主要研究内容和结果如下:(1)采用醇盐体系制备KNN前驱体溶液,以乙醇铌为铌源,乙酸钾、乙酸钠分别为钾源、钠源,乙二醇甲醚为溶胶,探究了溶胶凝胶醇盐法制备KNN薄膜的热处理工艺,研究了热裂解温度及退火温度对薄膜的影响。热裂解温度及退火温度过高或过低都会降低薄膜的电学性能:热裂解温度过低会使薄膜中的有机物挥发不完全,过高会使碱性离子挥发严重;退火温度过低会让薄膜无法完全结晶,过高会使碱性离子挥发严重。(2)采用非醇盐体系制备KNN前驱体溶液,以Nb2O5为原料,通过化学反应制备成活性较高的Nb(OH)5,再利用柠檬酸盐法制备成可溶性的铌盐,作为铌源。以碳酸钾、碳酸钠分别作为钾源和钠源,水为主要溶剂。采用非醇盐体系制备了KNN溶胶,并在Ti基板上进行薄膜的制备,探索了非醇盐体系溶胶制备薄膜的工艺,以及退火温度对薄膜结晶性、微观结构、电学性能的影响。实验表明:在700℃退火后薄膜的结晶性及电学性能最佳。(3)对上述非醇盐体系的KNN溶胶进行调节,选取有机溶剂乙二醇甲醚作为非醇盐体系的主要溶剂,很好地提高了薄膜在Pt/Ti/Si O2/Si基板上的润湿性,探索了采用此溶胶制备KNN薄膜的热处理工艺,成功在疏水性的Pt基板上制得KNN薄膜。
【关键词】：铌酸钾钠 溶胶凝胶 醇盐体系 非醇盐体系 薄膜 热处理工艺 电性能
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.2;TG156
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 研究背景与意义12
• 1.2 无铅压电材料12-13
• 1.2.1 无铅压电陶瓷12-13
• 1.2.2 无铅压电薄膜13
• 1.3 (K,Na)NbO_3基无铅压电薄膜13-20
• 1.3.1 (K,Na)NbO_3的晶体结构13-14
• 1.3.2 KNbO_3-NaNbO_3相图14-15
• 1.3.3 (K,Na)NbO_3基压电薄膜的制备15-19
• 1.3.4 存在问题及解决方法19-20
• 1.4 选题依据及研究内容20-22
• 1.4.1 选题依据20-21
• 1.4.2 研究内容21-22
• 第二章 (K,Na)NbO_3溶胶的制备22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 金属醇盐体系制备(K,Na)NbO_3前驱体溶液22-24
• 2.2.1 实验原料及设备22-23
• 2.2.2 实验过程23-24
• 2.2.3 前驱体溶液浓度的选择24
• 2.3 非醇盐体系制备(K,Na)NbO_3前驱体溶液24-29
• 2.3.1 实验原料及设备24-26
• 2.3.2 实验过程26-29
• 2.3.3 溶胶的稳定性29
• 2.4 本章小结29-32
• 第三章 溶胶凝胶醇盐法制备(K,Na)NbO_3薄膜32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 实验流程32-36
• 3.2.1 原料及设备32-33
• 3.2.2 实验过程33-35
• 3.2.3 顶电极的制备35
• 3.2.4 测试及性能表征35-36
• 3.3 结果与讨论36-43
• 3.3.1 醇盐体系(K,Na)NbO_3溶胶的热重分析36-37
• 3.3.2 热裂解温度对(K,Na)NbO_3薄膜的影响37-40
• 3.3.3 退火温度对(K,Na)NbO_3薄膜的影响40-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 溶胶凝胶非醇盐法制备(K,Na)NbO_3薄膜44-52
• 4.1 引言44
• 4.2 实验流程44-47
• 4.2.1 原料及设备44-45
• 4.2.2 实验过程45-46
• 4.2.3 测试及性能表征46-47
• 4.3 结果与讨论47-51
• 4.3.1 非醇盐体系(K,Na)NbO_3溶胶的热重分析47
• 4.3.2 退火温度对(K,Na)NbO_3薄膜影响47-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 改进的非醇盐体系制备(K,Na)NbO_3薄膜52-60
• 5.1 引言52
• 5.2 实验流程52-54
• 5.2.1 原料及设备52-53
• 5.2.2 实验过程53-54
• 5.2.3 测试及性能表征54
• 5.3 结果与讨论54-57
• 5.3.1 改善的非醇盐体系(K,Na)NbO_3溶胶的热重分析54-55
• 5.3.2 热裂解温度对(K,Na)NbO_3薄膜的影响55-57
• 5.4 本章小结57-60
• 第六章 结论及展望60-62
• 6.1 结论60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-69
• 研究生期间研究成果及发表的学术论文69

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