钛酸铋系中与铁电性能有关的缺陷及其弛豫研究的进展

本文概括的介绍了近年来我们利用内耗和介电的方法研究铋系铁电材料的一些结果。钛酸铋系铁电体作为一种无铅材料在铁电存储中有着重要的应用，通过对其内部与氧空位有关的力学和电学弛豫行为的测量，并进一步通过对氧空位弛豫及关联行为的研究，揭示了钛酸铋系铁电材料中掺杂、微结构以及铁电性能之间内在的联系。这些结果从微观的角度阐述了影响铁电体剩余极化与铁电疲劳的因素，对于指导并优化现有铁电体的铁电性能有着重要的意义。此外，还报道了对铁电畴、相变等的研究结果，表明力学与介电方法是研究铁电性能及澄清机理的有效手段。     

等静压和温度诱导的PbLa(Zr,Sn,Ti)O3反铁电陶瓷相变和介电性能研究

研究了等静压和温度诱导掺镧La的Pb(Zr,Sn,Ti)O₃(PLZST)陶瓷材料的铁电反铁电相变、介电压力谱和介电温度谱,研究了温度对压致相变和介电压力谱的影响,结果发现温度使铁电反铁电相变压力降低,介电压力谱具有明显的扩散相变和频率弥散的特点;研究了等静压对介电温度谱的影响,结果表明等静压使铁电反铁电相变温度降低,反铁电顺电相变温度升高.这些现象有利于丰富和拓宽人们对温度和压力诱导的多组元弛豫型铁电体和弛豫型反铁电体扩散相变和弛豫行为的认识和理解. 关键词： 等静压和压致相变 铁电反铁电相变 介电压力谱 介电温度谱     

Na0.25K0.25Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷的介电特性研究

用固相反应法制备了Na_0.25K_0.25Bi_0.5TiO₃ (NKBT50)陶瓷，研究了该陶瓷在室温至400℃温度范围内的介电性能.发现该陶瓷的介电温谱与烧结气氛、极化状态有关.在空气中烧结的未极化样品在70℃附近存在介电和损耗峰，而极化后及在氧气氛中烧结的样品并不存在该介电、损耗峰.分析认为70℃的介电和损耗峰与氧空位形成的缺陷偶极子的极化弛豫有关.热激电流显示，陶瓷的去极化温度为225℃，与此相对应的介电、损耗峰也 关键词： 介电性能 氧空位 极化弛豫 钛酸铋钠钾     

强电场作用下反铁电锆钛酸铅的介电行为研究

采用电滞回线方法和偏置直流电场中叠加小交变电场方法研究了锆钛酸铅反铁电陶瓷材料在强电场作用下的介电行为.测量结果显示，锆钛酸铅反铁电材料的介电常数随外加电场强度呈非线性变化，在反铁电 铁电转变的电场区间形成介电峰.表征极化强度随电场强度变化率的微分介电常数εd峰值出现在反铁电 铁电转换电场强度处，最高达到41000.随着偏置电场增加反铁电向铁电体转变过程中，小信号介电常数εc减小；在电场降低铁电回复成反铁电过程中，小信号介电常数εc增大，小信号介电常数εc峰先于微分介电常数εd峰出现.根据电场作用下反铁电 关键词： 锆钛酸铅反铁电陶瓷 介电行为 强电场条件     

铁电体的介电常数

比较了电介质物理学和铁电物理学对介电常数定义的差异.这种差异导致了解释实验结果方面相反的结论:铁电体物理学能够很好地解释极化强度增大导致介电常数减小的实验结果和外加直流电场下铁电体的介电可调行为,而电介质物理学得到的却是相反的结论.其原因是铁电材料介电常数在顺电相仅来源于横光学模的贡献,在铁电相来源于横光学模和偶极子极化,且偶极子极化会引起损耗.数学推导证实弛豫铁电行为的成份分布不是高斯分布函数.     

(PbBa)(Zr,Sn,Ti)O_3反铁电/弛豫型铁电相界陶瓷的相变与介电、热释电性质

通过对(Pb087Ba01La002)(Zr06TixSn04-x)O3(004≤x≤020)固溶体的介电和偏压热释电性质的研究发现,当Ti含量004≤x≤007时,材料是反铁电四方相,而当009≤x≤020时,材料向弛豫型铁电体转化.在温度Ti含量相图中,x=009附近形成了反铁电铁电顺电三相共存点(Ttr).该点的相变温度最底;对于004≤x≤007的反铁电四方相,低温下呈现介电弛豫特征,并可被外电场诱导为亚稳铁电态,温度升高时,亚稳铁电→反铁电相变,反铁电→顺电相变引起两个热释电流峰,偏置电场下峰位和峰强均发生移动,在温度电场相图中也形成了铁电反铁电顺电三相点.从复杂化合物纳米相分离的观点和晶格动力学出发,讨论了相变与电学性能随Ti含量(x)和外电场(E)变化的物理机理. 关键词： 反铁电/弛豫型铁电相界 介电性能 偏压热释电性质 铁电-反铁电-顺电三相点     

弛豫铁电体材料的内耗研究

内耗测量被证明是研究弛豫铁电体中相变的有效方法之一.我们研究了弛豫铁电陶瓷 (1-x%)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-x%PbTiO3 (PMNTx), (0＜x＜33)在低频(0.1 Hz至10Hz)和音频(1 kHz)的内耗.实验表明在铁电微畴的冻结温度出现了一个相变内耗峰和模量的软化,并且随作PbTiO3含量的增加相变逐渐增强,该相变与微畴冻结之间的关系还需作进一步的研究.同时我们还测量到了铁电纳米微畴的反转引起的力学响应,这与其介电响应结果是一致的.     

弛豫型铁电体铌镁酸铅陶瓷的玻璃化行为研究

钛酸铅与铌镁酸铅组成比为1:9的固溶体陶瓷是典型的弛豫型铁电体,其介电行为与偶极玻璃的介电行为极为相似,并已将玻璃学中的Vogel-Fulcher关系用于处理其介电常数峰值温度与频率的关系。本文测定了其介电行为随温度的变化,对其微观局域极化行为进行了分析,讨论了其局域极化的产生、增大及冻结过程,研究了弛豫型铁电体与Debye介质、玻璃体的关系和区别。在此基础上,提出了一个更合理的函数关系式,用以表征其介电常数峰值温度与频率的关系,并得出其介电弛豫激活能为0.037eV。实际应用表明,对于弛豫型铁电体,该函数关系较原有Vogel-Fulcher关系更有效。 关键词：     

La调节Pb(Zr,Sn,Ti)O_3反铁电陶瓷的相变与电学性质

利用X射线衍射、弱场介电温度谱、强场极化强度研究了不同La含量(Pb1-xLa2x3)(Zr06Sn03Ti01)O3(000≤x≤012)(PLZSnT)陶瓷的相变与电学特性.实验发现,随La含量增大,室温下材料由铁电三方相(x=000)转变为反铁电四方相(003≤x≤009)和立方相(x=012).介电测试表明,La含量增大,反铁电→顺电相变温度降低,峰值介电常量减小.在x=006的PLZSnT三元相图中,反铁电四方相区扩大到Ti含量约为18at%,该系统反铁电陶瓷具有“窄、斜”型双电滞回线和“三电滞回线”;在高Zr、高Sn区,反铁电→顺电相变呈现弥散相变和介电频率色散特征,即反铁电极化弛豫现象.从ABO3钙钛矿结构的容忍因子(t)和反铁电相的结构特征出发,讨论了La对Pb(Zr,Sn,Ti)O3相变与电学性质的影响机理 关键词： 场诱相变 弛豫型反铁电体 介电性能 La调节Pb(Zr Sn Ti)O3     

稀土发光铁电薄膜的研究进展

稀土掺杂是提高光电功能材料性能的重要途径.把稀土掺杂铁电材料与稀土发光相结合,还可拓展出铁电材料的新性能,比如,选择合适的稀土元素掺入钛酸铋铁电材料,可使之在保持较好的铁电性能的同时,又显示良好的发光性能.近年来,这类在氧化物铁电材料中由于稀土离子掺杂产生光致发光特性的研究引起了人们的关注,有望研制集成发光铁电器件.本文简要介绍了稀土发光铁电材料的研究状况,重点介绍我们在稀土发光铁电薄膜方向的研究进展.我们的研究表明,稀土掺杂钛酸铋铁电薄膜同时具有较好的发光特性和铁电特性,这与其独特的成分构成和层状钙钛矿结构密切相关; Eu3+离子荧光结构探针可以为进一步研究Eu~(3+)掺杂铁电薄膜材料的结构与性能关系提供新思路;在某些铁电薄膜(如Pr离子掺杂的x(K_(1/2)Bi_(1/2))TiO_3-(1-x)(Na_(1/2)Bi_(1/2))TiO_3薄膜等)中掺入稀土离子后,稀土离子的发光可用于检测铁电薄膜中是否存在准同型相界;将ZnO纳米材料和金、银纳米颗粒与掺铕钛酸铋薄膜复合,可显著增强稀土发光.     

红外探测用无铅铁电陶瓷的热释电特性研究进展

铁电陶瓷具有优异的热释电性能,是红外探测器的核心敏感元材料,目前普遍采用铅基陶瓷材料,发展无铅铁电陶瓷用于热释电红外探测是近年来电介质物理与材料的一个热点.本文综述了无铅铁电陶瓷的热释电性能研究进展,主要包括钛酸钡基、钛酸铋钠基、铌酸锶钡基、铌酸钾钠基等系列铁电陶瓷的热释电效应研究现状,归纳了不同体系增强热释电效应的手段.通过比较分析主要无铅铁电陶瓷的热释电性能和退极化性能的制约关系,指出钛酸铋钠基陶瓷是目前最具应用潜力的无铅材料体系,并对无铅铁电陶瓷热释电探测应用未来的发展方向进行了展望.     

BIT/PLZT/BIT多层铁电薄膜结构设计及制备的实验研究

为了有效阻止锆钛酸铅镧(PLZT)与半导体界面发生反应和互扩散,根据锆钛酸铅镧和钛酸铋(B IT)各自的铁电性能,提出了一种新的设计思想———多层铁电薄膜.采用脉冲准分子激光淀积(PLD)方法制备了B IT/PLZT/B IT多层铁电薄膜.采用Sawyer-Tower电路测量,其剩余极化强度Pr=34μC/cm2,矫顽场Ec=40 kV/cm.这种结构吸收了锆钛酸铅镧和钛酸铋的优点,提高了铁电薄膜的铁电性能.     

核壳结构对弛豫铁电体介电行为的影响

介电弥散和介电隔离率的温度非线性关系是弛豫铁电体的主要特征. 通过对掺杂成分以线性梯度递减的核壳结构进行热力学函数分析, 认为核壳结构能够在低温区保持较高的介电常数, 但不能导致介电隔离率与温度的非线性关系. 通过对不同浓度掺杂的铁电体扩散相变的比较, 认为掺杂浓度会影响晶粒掺杂成分的不均匀性, 在较宽的分布条件下会导致介电隔离率与温度的非线性关系. 因而在介电常数的峰值温度区域, 顺电相与铁电相的晶粒共存. 温度变化会影响两相比例及铁电畴的变化, 从而导致弛豫铁电体的介电弥散性. 核壳结构会增大介电弥散性. 铁电陶瓷的掺杂物种类、掺杂物浓度和烧结温度均会影响核壳结构的成分不均匀性和介电弥散性.     

弛豫铁电体材料的内耗研究

内耗测量被证明是研究弛豫铁电体中相变的有效方法之一。我们研究了弛豫铁电陶瓷（1-x％）Pb（Mg1/3Nb2／3）O3-x％PbTiO3（PMNTx），（0〈x〈33）在低频（0．1Hz至10Hz）和音频（1kHz）的内耗。实验表明在铁电微畴的冻结温度出现了一个相变内耗峰和模量的软化，并且随作PbTiO3含量的增加相变逐渐增强，该相变与微畴冻结之间的关系还需作进一步的研究。同时我们还测量到了铁电纳米微畴的反转引起的力学响应，这与其介电响应结果是一致的。     

Na0.25K0.25Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷的介电特性研究

用固相反应法制备了Na0.25K0.25Bi0.5TiO3(NKBT50)陶瓷,研究了该陶瓷在室温至400℃温度范围内的介电性能.发现该陶瓷的介电温谱与烧结气氛、极化状态有关.在空气中烧结的未极化样品在70℃附近存在介电和损耗峰,而极化后及在氧气氛中烧结的样品并不存在该介电、损耗峰.分析认为70℃的介电和损耗峰与氧空位形成的缺陷偶极子的极化弛豫有关.热激电流显示,陶瓷的去极化温度为225℃,与此相对应的介电、损耗峰也与氧空位有关.     

薄膜光学 薄膜光学理论与膜系设计

O484.1 2006043345钛酸铋基铁电薄膜研究进展=Progress in study on BIT-based ferroelectric thin fil ms[刊,中]/张端明(华中科技大学物理系.湖北,武汉(430074)) ,杨斌…∥功能材料.—2006 ,37(3) .—351-354 ,357钛酸铋基铁电薄膜具有优良的铁电、介电性能,在非挥发性存储器件方面有很好的应用前景。分别从制备工艺、掺杂改性、疲劳特性的研究等方面综述了最新的研究进展,并对当前研究中存在的问题进行了讨论。图3参38(严寒)O484.1 2006043346有ITO透明导电膜的平面分层介质系统的电磁波性能理论研究=Electromagnetic performance of…     

(K0.45Na0.55)NbO3无铅压电晶体的生长形态与介电性能研究

采用高温熔融法制备出了尺寸达5 mm×3 mm×1 mm的(K_0.45Na_0.55)NbO₃(KNN)无铅铁电晶体. XRD测试结果表明KNN晶体结构为纯的钙钛矿正交相结构,晶体的显露面为〈001〉结晶面. SEM显微结构分析表明晶体沿[001]方向呈现层状生长台阶,采用负离子配位多面体生长基元模型解释了晶体层状台阶的生长机理. 研究了晶体样品在室温至500 ℃温度范围内的介电性能,两个介电异常峰出现在240和405 ℃,分别对应正交铁电-四方铁电以及四方铁电-立方顺电相相变温度. 采用修正后的居里外斯定律研究了KNN晶体的介电弛豫特性,结果表明KNN晶体的介电弛豫特性接近于普通铁电体特征. 关键词： 0.45Na_0.55)NbO₃晶体')" href="#">(K_0.45Na_0.55)NbO₃晶体 无铅 晶体结构 介电性能     

钛酸钡基施主掺杂弛豫铁电体介电弥散的唯象分析

弛豫铁电体铁电相变的介电弛豫性涉及外来离子掺杂或原有离子的有序排列, 需要深入理解和有效统一的表征. 针对高浓度施主掺杂在晶粒中产生金属离子缺位, 降低居里温度并引起钛酸钡基铁电材料扩散相变的现象, 分析了高斯型的杂质分布、居里温度分布和金属离子缺位分布的等效对应关系, 得出了在介电常数峰值温区金属离子缺位浓度随温度降低而作用增大的结论, 认为金属离子缺位引起的单极电荷在电场作用下的跳跃运动有可能引起介电弥散和介电损耗. 提出了用‘弛豫度’表征铁电弛豫程度.     

铁电材料中电场对唯象系数和电卡强度的影响

由于电场强度能够影响铁电材料的极化强度和介电常数,因此唯象系数a0是电场强度的隐函数.在铁电相区域,唯象系数a0由铁电极化强度和介电常数倒数确定,是电场的非线性函数.在顺电相区域,唯象系数a0由介电常数倒数确定,也是电场的非线性函数.本文研究了铁电共聚物、铁电三聚物和钛酸锶钡钙陶瓷的唯象系数与电场的关系,发现唯象系数随电场的增加而增加,最大约1倍.电卡强度被用来表征电卡材料在电场作用下的电卡效应强弱,通过研究电卡强度可以发现高效率的电卡材料.本文通过热力学理论,得到了电卡强度的解析表达式,发现唯象系数、相变温度、极化强度、比热以及相变温度处的介电常数峰值,对电卡强度具有明显的影响.该表达式适用于一级相变材料、二级相变材料、以及弛豫型铁电体.     

等静压诱导的PbLa(Zr,Sn,Ti)O3陶瓷铁电-反铁电相变性能研究

 研究了等静压诱导掺镧La的Pb(Zr,Sn ,Ti)O₃（PLZST）陶瓷材料的铁电-反铁电相变和介电压谱,结果发现介电压谱具有明显的扩散相变和频率弥散的特点,这一现象有利于拓宽人们对压力诱导的多组元弛豫型铁电体的扩散相变行为的认识和理解。