极化状态与方向对单轴压缩下Pb(Zr_(0.95)Ti_(0.05))O_3铁电陶瓷畴变与相变行为的影响

利用数字图像相关性分析方法发展了全场应变光学测量技术,并原位实时测量了准静态单轴压缩下铁电PZT95/5陶瓷试件的轴向应变和横向应变.基于轴向应变、横向应变随着轴向应力的变化关系,讨论了极化状态和极化方向对PZT95/5铁电陶瓷的畴变与相变行为的影响.实验结果显示:单轴压缩下,未极化和Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷都会发生畴变,而Y轴极化PZT95/5铁电陶瓷则不发生畴变;畴变促使Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷的轴向应变和横向应变同时快速地增长,而对未极化PZT95/5铁电陶瓷的应变增长的影响非常微弱,这种差异性归因于电畴极轴不同的取向分布特征;通过应变分解分析,验证了畴变与相变过程是解耦的,并界定了畴变应变和相变应变的影响范围;与Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷相比,未极化PZT95/5铁电陶瓷的相变开始临界应力和相变结束应力减小,而Y轴极化PZT95/5铁电陶瓷则明显增大,由此推论畴变对相变有一定促进作用.基于放电特性的实测结果,还讨论了极化方向对极化PZT95/5铁电陶瓷去极化机理的影响.实验结果显示:Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷去极化机理是畴变和相变的共同作用,其中畴变占主导地位,而Y轴极化PZT95/5铁电陶瓷的去极化机理仅是相变.     

PZT 95/5铁电陶瓷的冲击压缩Hugoniot特性研究

 采用一级气体炮加载装置,利用加窗VISAR技术,对极化和未极化两种状态的PZT 95/5铁电陶瓷进行了逆向冲击实验,在0.52~3.8 GPa冲击压力范围内,得到了PZT 95/5铁电陶瓷两种状态的σ-u关系。对比文献已有实验数据显示,PZT 95/5铁电陶瓷的Hugoniot曲线与初始密度值密切相关,高密度的PZT 95/5铁电陶瓷在0~3.0 GPa压力范围内的σ-u关系接近线弹性,较低压力下不同极化状态的Hugoniot数据表明,PZT 95/5铁电陶瓷发生了冲击相变。     

冲击加载下PZT 95/5铁电陶瓷的脉冲大电流输出特性

极化了的PZT 95/5铁电陶瓷在冲击波作用下发生铁电相到反铁电相的结构相变，释放出被束缚的电荷，流经外电路，形成脉冲电流.基于这一原理，针对低感、低阻负载的要求，对PZT 95/5铁电陶瓷 LRC电路响应进行了理论分析，并开展了实验研究.实验采用多组PZT 95/5铁电陶瓷并联，获得了前沿小于500ns，峰值大于5kA的大电流. 关键词： PZT 95/5铁电陶瓷 冲击波 爆电电源     

冲击波作用下Pb(Zr_(0.95)Ti_(0.05))O_3铁电陶瓷去极化后电阻率动态特性

在冲击波压力作用下,极化Pb(Zr_(0.95)Ti_(0.05))O_3(PZT95/5)铁电陶瓷会发生铁电-反铁电相变失去极化,由于冲击波压力高、作用时间短,伴随材料去极化相变出现的瞬态电导特性难以准确测试.本文建立了新的实验方法,采用脉冲电容器作为冲击波加载铁电陶瓷脉冲电源的输出负载,在冲击波压力约3.5 GPa的实验中直接测得铁电陶瓷的漏电流,计算得到PZT95/5铁电陶瓷去极化后的电阻率,变化范围为2.2×10~4—3.5×10~4?·cm;在实验数据的基础上,建立了动态电阻模型,对冲击波传播过程中PZT95/5铁电陶瓷去极化后的电阻率进行了分析,初步揭示了冲击波作用下PZT95/5铁电陶瓷去极化后电阻率的动态特性.     

静电场中多孔PZT95/5铁电陶瓷的通道电-机械击穿模型及分析

作为爆电电源的多孔PZT95/5铁电陶瓷具有极为重要的工程应用背景,但它在强电场作用下易发生电击穿失效,从而影响其放电效率,甚至造成电源失效。基于多孔PZT95/5铁电陶瓷材料在外电场作用下内部形成导电通道以致电失效的机制,通过通道内部局部放电及通道电-机械击穿机理,建立了导电通道诱导的多孔铁电陶瓷的电击穿模型并进行了相关的理论分析。基于本模型,给出了不同孔隙率下铁电陶瓷的电击穿临界电场强度,预测结果与实验测试结果吻合良好,且材料孔隙率越大,内部电击穿通道的特征尺寸越大,导致铁电陶瓷材料的电击穿临界场强显著降低。     

冲击波垂向加载下PZT 95/5铁电陶瓷的去极化和放电过程分析

电极化后的PZT 95/5铁电陶瓷能够在冲击波作用下快速去极化并释放束缚电荷,形成高功率的瞬态输出电能。对于垂直于极化方向的冲击波加载情况,通过将去极化过程中的铁电陶瓷等效为电流源、电容和电导的并联电路,综合考虑冲击波压力对波速和去极化相变过程的影响,以及冲击波前、后铁电陶瓷的介电常数和电导率变化,建立了描述冲击波垂向加载下PZT 95/5铁电陶瓷去极化和放电过程的模型,解析获得了铁电陶瓷的放电电流表述。在此模型基础上,开展了短路和电阻负载条件下PZT 95/5铁电陶瓷在冲击放电过程中的输出电流特征分析,并与相关实验结果进行了对比。结果表明:模型能较好地模拟实验观测的铁电陶瓷PZT 95/5的冲击放电过程,以及冲击波压力、负载电阻等对冲击放电输出电流的影响规律。     

冲击波加载下PZT 95/5铁电陶瓷的电阻率研究

利用炸药爆炸产生的平面冲击波,研究了垂直模式冲击波加载下PbZr_0.95Ti_0.05O₃ (PZT 95/5)铁电陶瓷冲击波压缩区域的电阻率变化.在建立的模型中考虑了冲击波压缩区域的有限电阻率,计算结果表明：在压力约2.0GPa,负载短路的条件下,PZT 95/5铁电陶瓷冲击波压缩区域的电阻率从初始10⁷—10¹¹Ωcm迅速降到最小值约40Ωcm,然后基本保持在120—140Ωcm之间. 关键词： PZT 95/5铁电陶瓷 冲击波 电阻率     

斜入射冲击波加载下PZT95/5铁电陶瓷的放电特性研究

 研究了冲击波倾斜入射PZT95/5铁电陶瓷时的放电特性。结果表明,在小负载条件下,随着入射倾斜角的增加,PZT95/5铁电陶瓷放电电流波形前沿变缓,脉宽时间增加,波形从单脉冲方波演变成梯形波,甚至锐变成三角波。     

微结构对Eu掺杂Bi4Ti3O12铁电薄膜铁电性能的影响

采用金属有机物分解法在Pt/Ti/Si(111)基底上制备了退火温度分别为600℃,650℃,700℃的Bi_3.15Eu_0.85Ti₃O₁₂(BET)铁电薄膜,并对其结构及铁电性能进行了测试,再使用扫描探针显微镜对BET薄膜的电畴翻转进行了实时观测.BET薄膜c畴发生180°畴变的最小电压为+6V,而r畴由于其高四方性,即使极化电压增至+12V也不会发生翻转.薄膜的铁电性主要源于c畴的极化,随着退火温度的升高,c畴的区域面积增加,BET薄膜的剩余极化强度随之增大.退火温度为700℃的BET薄膜剩余极化强度达到84μC/cm². 关键词： 铁电薄膜 电畴翻转 扫描探针显微镜     

等静压下0.75Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-0.25PbTiO3陶瓷的介电性能研究

研究了等静压对0.75Pb（Mg_1/3Nb_2/3）O₃-0.25PbTiO₃（PMN-25PT）陶瓷介电温谱的影响,PMN-25PT剩余极化随等静压变化和等静压压致相变.结果表明,随着压力增加,PMN-25PT的介电峰值温度T_m降低,/+{dT_m}/-{dP}≈-4℃/kbar,极化弛豫增强;剩余极化随压力增加连续减小;介电常数对压力的依赖关系与对温度场的依赖相似,压力诱导PMN-25PT发生弛豫铁电—顺电相变,相变为宽化的渐变过程,频率色散和极化弛豫更加强烈和普遍. 关键词： 铌镁酸铅-钛酸铅 等静压 介电弛豫 压致相变     

DIELECTRIC RELAXATION BEHAVIOR OF CERAMICS IN THE Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-BaTiO3-PbTiO3 SYSTEM

The dielectric properties of ceramics in Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-BaTiO₃-PbTiO₃ system were characterized using dielectric-temperature spectra. A spontaneous (zero field) relaxor-normal ferroelectric tran sition was observed for tetragonal rich compositions. A significant hysteresis effect accompanied by this transition, similar to first-order phase transition of normal ferroelectrics. This behavior was different from that of other relaxors, in which such transitions occurred only under a biased dc field. This observation was explained in terms of a thermally driven transformation from an ensemble of polar microregions to normal long-range ferroelectric state (micro-macro domain transition), which was attributed to the internal field resulting from the tetragonal strain.     

Sub-coercive field dynamic hysteresis in morphotropic phase boundary composition of Pb(Zr1/2Ti1/2)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3 ceramic and its scaling behavior

Sub-coercive field dynamic ferroelectric hysteresis of a morphotropic phase boundary composition of the PZT-PZN ceramic was investigated under influence of the compressive stress. The scaling relation of hysteresis area 〈A〉 against frequency f, field amplitude E₀, and stress σ took a form of , which is not different significantly to that of other PZT-PZN compositions with pure tetragonal or rhombohedral structure, as well as to that of soft and hard PZT bulk ceramics. This study suggested that the domain structures, not ceramic compositions, played a key role in controlling dynamic hysteresis behavior of ferroelectric materials.     

冲击波加载下PZT95/5铁电陶瓷电响应的数值模拟

 在爆炸冲击波垂直加载下,考虑了介质的松弛现象及其有限电导率,建立了PZT95/5铁电陶瓷电响应的数学模型。利用这一模型,分析了PZT95/5在短路、电阻、电容和电感等各种负载下的电响应。理论模型与实验结果较好地符合。     

冲击加载下PZT-95/5陶瓷铁电－反铁电相变实验研究

 用石英计测量了PZT-95/5陶瓷在冲击波作用下发生铁电－反铁电一级相变时产生的双波结构，相变起始压力约为0.5 GPa。对不同状态下的PZT-95/5陶瓷材料进行了扫描电镜电畴分析，结果表明，在该压力区域陶瓷发生了铁电－反铁电相变。     

Ferroelectric properties of bilayer structured Pb(Zr0.52Ti0.48)O3/SrBi2Ta2O9 (PZT/SBT) thin films on Pt/TiO2/SiO2/Si substrates

Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃ (PZT) thin films with large remanent polarization and SrBi₂Ta₂O₉ (SBT) thin films with excellent fatigue-resisting characteristic have been widely studied for non-volatile random access memories, respectively. To combine these two advantages_, bilayered Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃/SrBi₂Ta₂O₉ (PZT/SBT) thin films were fabricated on Pt/TiO₂/SiO₂/Si substrates by chemical solution deposition method. X-ray diffraction patterns revealed that the diffraction peaks of PZT/SBT thin films were completely composed of PZT and SBT, and no other secondary phase was observed. The electrical properties of the bilayered structure PZT/SBT films have been investigated in comparison with pure PZT and SBT films. PZT/SBT bilayered thin films showed larger remanent polarization (2P_r) of 18.37 μC/cm² than pure SBT and less polarization fatigue up to 1 × 10⁹ switching cycles than pure PZT. These results indicated that this bilayered structure of PZT/SBT is a promising material combination for ferroelectric memory applications.     

Au/PZT/BIT/p-Si异质结的制备与性能研究

采用脉冲激光沉积(PLD)工艺,制备了以Bi₄Ti₃O₁₂(BIT)为过渡阻挡层的Au/PZT/BIT/p-Si异质结.研究了BIT铁电层对Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃(PZT)薄膜晶相结构、铁电及介电性能的影响,对Au/PZT/BIT/p-Si异质结的导电机制进行了讨论.氧气氛530℃淀积的PZT为多晶铁电薄膜,与直接淀积在Si基片上相比,加入BIT铁电层后PZT铁 关键词： 铁电薄膜 异质结构 脉冲激光沉积(PLD)     

Na0.5K0.5NbO3-BiFeO3 lead-free piezoelectric ceramics

Lead-free (Na_0.5K_0.5)NbO₃-based piezoelectric ceramics were successfully fabricated by substituting with a small amount of BiFeO₃ (BF). Difficulty in sintering of pure NKN ceramics can be eased by adding a few molar percent of BF, and the crystalline structure is also changed, leading to a morphotropic phase boundary (MPB) between ferroelectric orthorhombic and rhombohedral phases. The MPB exists near the 1-2 mol% BF-substituted NKN compositions, exhibiting enhanced ferroelectric, piezoelectric, and electromechanical properties of P_r=23.3 μC/cm², d₃₃=185 pC/N, and k_p=46%, compared to an ordinarily sintered pure NKN ceramics. The MPB composition has a Curie temperature of ∼370 °C, comparable to that of some commercial PZT materials.     

0.5Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3压电薄膜的摩擦、磨损性能

具有准同型相界组分的0.5Ba(Ti_0.8Zr_0.2)O₃-0.5(Ba_0.7Ca_0.3)TiO₃ (BZT-0.5BCT)陶瓷, 表现出优异的铁电、压电性能, 作为一种具有潜在应用前景的无铅压电材料得到广泛关注. 本文采用溶胶-凝胶方法在Si(100)基底上制备了BZT-0.5BCT压电薄膜. 使用原子力显微镜和扫描电子显微镜测量得到样品的形貌图, 形貌图表明该方法制备的无铅压电薄膜表面光滑, 晶粒大小均匀、呈半球形, 直径为80–100 nm, 厚度为1.7 μm, 膜的内部有气孔.摩擦力实验表明, 压电薄膜样品与硅针尖之间存在静电力的作用, 导致其摩擦力远大于硅针尖与SiO₂之间的摩擦力, 但是两者的摩擦系数基本相同.划痕实验表明, BZT-0.5BC薄膜具有很强的法向承载能力, 但是切向抗磨损能力差, 样品的平均弹性模量为23.64 GPa± 5 GPa, 其硬度为2.7–4 GPa, 两者均略低于压电陶瓷Pb(Zr, Ti)O₃材料的体态值. 关键词： BZT-BCT薄膜 纳米摩擦力 纳米压痕 纳米划痕