铌酸钾钠基无铅铁电薄膜结构和性能的研究
发布时间：2020-12-09 06:55
铁/压电材料在现代新型微电子器件设计中的地位非常重要。从第二次世界大战以来,对于这一材料体系的探索一直处在高科技先进材料研究的最前沿。然而,大量铅基铁/压电材料的使用导致了严峻的环境问题,而且有毒铅对人类的身体健康也造成了极大的危害。因此,发展高性能无铅铁/压电材料已然变得非常迫切。这其中,铌酸钾钠(KNN)基材料就是目前研究比较火热的无铅铁/压电材料之一。KNN基铁/压电体由于其陶瓷具有超强压电性以及高居里温度而被科研者们所青睐,一直以来,它一直被认为有望取代铅基铁/压电体。然而,到目前为止,KNN基薄膜的制备却一直困难重重,尽管现代薄膜制备工艺发展迅猛。KNN基薄膜沉积过程中,碱金属离子的易挥发性会造成A位元素缺失,在薄膜内部产生大量缺陷,此外,薄膜制备过程中还会出现杂相,这将会严重影响薄膜的电性能和温度稳定性,并导致漏电流增大。这些不足对KNN基薄膜的应用产生很大的影响。而且,随着新型高科技电子器件的微型化,高性能KNN基铁/压电薄膜的探索将会迎来新的机遇和挑战。本论文主要致力于KNN基铁电薄膜结构和电性能的相关研究,论文总共分为以下七章:第一章 作为本文的绪论,我们首先回顾了K...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１２００４年以来，关于无铅压电陶瓷的无铅压电陶瓷出版物（从１５１＼＾１３（＾５士１１（＾收集关??键词?“ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ”和“ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ”）
?第一章绪论???图１．１为２００４年以来，通过检索“ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ”和“ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ”得到的相关出版??物的统计数据，并根据关键词“ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ?ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ”，“ａｌｋａｌｉ?ｎｉｏｂｉｕｍ”?和“ｐｈａｓｅ??ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｉｎ?ａｌｋａｌｉ?ｎｉｏｂｉｕｍ”对其进行了分类。如图示，碱性银酸盐陶瓷的出版物??数量整体呈上升的趋势，这表明人们对碱性铌酸盐陶瓷的关注度愈来愈高。过去??十几年，研宄人员从不同的角度出发，总结了碱性铌酸盐陶瓷的研宄进展以及现??状和对未来的展望，这为以后的研宄提供了大量的系统的理论和实验支撑。例如，??Ｄａｍｊａｎｏｖｉｃ等人讲述的畴壁与无铅压电材料性能之间的关系［１５］，Ｓｈｒｏｕｔ和??Ｚｈａｎｇ等人对ＫＮＮ和ＰＺＴ之间的区别进行过系统分析［１６］。通过优化工艺和化??学掺杂，Ｒｏｄｄ等人介绍了?ＫＮＮ基陶瓷的相结构和电学性质，并总结了无铅压??电陶瓷的相关应用［１７，１８］。Ｐａｎｄａ等讲述了?ＫＮＮ基陶瓷中的添加剂对电性能的??影响［１９］。Ｌｉ等系统介绍了国内无铅压电陶瓷的发展现状［２０］。最近，Ｌｉ等还介??绍了?＿基陶瓷的相结构、性能增强方法、烧结工艺以及应用前景［２１］。以上??的这些反映出，近年来，科学家们对待ＫＮＮ基陶瓷的那种锲而不舍，情有独钟??的热情，以求尽最大努力去挖掘这一材料应用潜力。??１．２．?１调整相界??调整相界是提升压电陶瓷的电性能的一种非常有效的方法。不管是含铅材料??还是无铅材料，所涉及的相界以及相界的类型都是其压电性增强的主要原因。目??前，许多实验和理论己证实材料的相界和压电性密切相关［２２－２
?第＿章绪论???上世纪五十年代，自ＫＮＮ陶瓷被发现以来，过去几十年间，科研人员在其??结构和性能上进行了大量的研究。如图１．３所示，尽管ＫＮｂ０３和ＮａＮｂ０３可以形??成具有钙钛矿结构的固溶体，但它们具有明显的对称性。纯ＫＮｂ０３具有多态性：??低温菱方相（Ｒ，－ｌ〇°Ｃ）、室温正交相（０）、高温四方相（Ｔ，?２２５°Ｃ－４３５?°Ｃ）和立方??相（Ｃ，大于４３５?［３０］。相比之下，纯ＮａＮｂ０３的相变过程要复杂得多，在整个??温度范围内存在多达七种的多晶型物。据报道，ＮａＮｂＣｂ在室温下为０相，具有??反铁电性，空间群为Ｐｂｍａ。通过氧八面体倾斜可以增加ＮａＮｂ０３的结构复杂性，??这在ＫＮｂ〇３中是不存在的，这可能是因为Ｋ的原子半径相对较大造成的。值得??注意的是，ＮａＮｂ０３中掺入２ｍｏｌ％的Ｋ时，其初始结构将变得与ＫＮｂ０３相同。?????１５００??１４００?－?ｌ??咖?：?ｊ－??，００°ｒ?ｓ?ｙ＜ｅ〇〇??＝?。??５００?－?ＰＣ?５００??４００?ｒ??—?＾＾＾４００??＾?３００?－?Ｆｔ，?；?ｆｔ，?Ｉ?Ｐｔｍ?＾?３００??２００?＾???一，?ｆ－￣ｒ—?２００??！?Ｆ?Ｅ??１００?－?Ｆ〇，?ｐＯ？?Ｆ〇Ｍｉ?｜?撕?１００??－１００?￣?ＦＲ?／?Ｆｍ〇ｎ?Ｆ－?ｄ００??ｉ?＜?ｔ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ??０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?９２?９４?９６?９８?１００??＾?ＮａＮｂＯ＾Ｍｏ＾Ｍ??图１．３?ＫＮＮ固溶体的相图。??由于八面体倾斜存在的成分范围比较宽，直到Ｋ：Ｎａ
本文编号：2906480
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１２００４年以来，关于无铅压电陶瓷的无铅压电陶瓷出版物（从１５１＼＾１３（＾５士１１（＾收集关??键词?“ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ”和“ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ”）
?第一章绪论???图１．１为２００４年以来，通过检索“ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ”和“ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ”得到的相关出版??物的统计数据，并根据关键词“ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ?ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ”，“ａｌｋａｌｉ?ｎｉｏｂｉｕｍ”?和“ｐｈａｓｅ??ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｉｎ?ａｌｋａｌｉ?ｎｉｏｂｉｕｍ”对其进行了分类。如图示，碱性银酸盐陶瓷的出版物??数量整体呈上升的趋势，这表明人们对碱性铌酸盐陶瓷的关注度愈来愈高。过去??十几年，研宄人员从不同的角度出发，总结了碱性铌酸盐陶瓷的研宄进展以及现??状和对未来的展望，这为以后的研宄提供了大量的系统的理论和实验支撑。例如，??Ｄａｍｊａｎｏｖｉｃ等人讲述的畴壁与无铅压电材料性能之间的关系［１５］，Ｓｈｒｏｕｔ和??Ｚｈａｎｇ等人对ＫＮＮ和ＰＺＴ之间的区别进行过系统分析［１６］。通过优化工艺和化??学掺杂，Ｒｏｄｄ等人介绍了?ＫＮＮ基陶瓷的相结构和电学性质，并总结了无铅压??电陶瓷的相关应用［１７，１８］。Ｐａｎｄａ等讲述了?ＫＮＮ基陶瓷中的添加剂对电性能的??影响［１９］。Ｌｉ等系统介绍了国内无铅压电陶瓷的发展现状［２０］。最近，Ｌｉ等还介??绍了?＿基陶瓷的相结构、性能增强方法、烧结工艺以及应用前景［２１］。以上??的这些反映出，近年来，科学家们对待ＫＮＮ基陶瓷的那种锲而不舍，情有独钟??的热情，以求尽最大努力去挖掘这一材料应用潜力。??１．２．?１调整相界??调整相界是提升压电陶瓷的电性能的一种非常有效的方法。不管是含铅材料??还是无铅材料，所涉及的相界以及相界的类型都是其压电性增强的主要原因。目??前，许多实验和理论己证实材料的相界和压电性密切相关［２２－２
?第＿章绪论???上世纪五十年代，自ＫＮＮ陶瓷被发现以来，过去几十年间，科研人员在其??结构和性能上进行了大量的研究。如图１．３所示，尽管ＫＮｂ０３和ＮａＮｂ０３可以形??成具有钙钛矿结构的固溶体，但它们具有明显的对称性。纯ＫＮｂ０３具有多态性：??低温菱方相（Ｒ，－ｌ〇°Ｃ）、室温正交相（０）、高温四方相（Ｔ，?２２５°Ｃ－４３５?°Ｃ）和立方??相（Ｃ，大于４３５?［３０］。相比之下，纯ＮａＮｂ０３的相变过程要复杂得多，在整个??温度范围内存在多达七种的多晶型物。据报道，ＮａＮｂＣｂ在室温下为０相，具有??反铁电性，空间群为Ｐｂｍａ。通过氧八面体倾斜可以增加ＮａＮｂ０３的结构复杂性，??这在ＫＮｂ〇３中是不存在的，这可能是因为Ｋ的原子半径相对较大造成的。值得??注意的是，ＮａＮｂ０３中掺入２ｍｏｌ％的Ｋ时，其初始结构将变得与ＫＮｂ０３相同。?????１５００??１４００?－?ｌ??咖?：?ｊ－??，００°ｒ?ｓ?ｙ＜ｅ〇〇??＝?。??５００?－?ＰＣ?５００??４００?ｒ??—?＾＾＾４００??＾?３００?－?Ｆｔ，?；?ｆｔ，?Ｉ?Ｐｔｍ?＾?３００??２００?＾???一，?ｆ－￣ｒ—?２００??！?Ｆ?Ｅ??１００?－?Ｆ〇，?ｐＯ？?Ｆ〇Ｍｉ?｜?撕?１００??－１００?￣?ＦＲ?／?Ｆｍ〇ｎ?Ｆ－?ｄ００??ｉ?＜?ｔ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ??０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?９２?９４?９６?９８?１００??＾?ＮａＮｂＯ＾Ｍｏ＾Ｍ??图１．３?ＫＮＮ固溶体的相图。??由于八面体倾斜存在的成分范围比较宽，直到Ｋ：Ｎａ
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