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.     

柔性Pb(Zr_(0.53)Ti_(0.47))O_3薄膜的高温铁电特性

随着柔性电子产品的迅速发展,具有优异铁电和压电性的Pb(Zr_(0.53)Ti_(0.47))O_3 (PZT)薄膜在柔性的非易失性存储器、传感器和制动器等器件中有广泛的应用前景.同时,由于外部环境越来越复杂,具有高温稳定特性的材料和器件受到越来越多的关注.本文在耐高温的二维层状氟晶云母衬底上,用脉冲激光沉积技术制备出外延的PZT薄膜,并通过机械剥离的方法,得到柔性的外延PZT薄膜.研究了Pt/PZT/SRO异质结的铁电和压电性及其高温特性,发现样品表现出优越的铁电性,剩余极化强度(P_r)高达65μC/cm~2,在弯曲104次后其铁电性基本保持不变,且样品在275℃高温时仍然保持良好的铁电性.本文为柔性PZT薄膜在航空航天器件中的应用提供了实验基础.     

冲击波加载下孔隙率对Pb_(0.99)(Zr_(0.95)Ti_(0.05))_(0.98)Nb_(0.02)O_3铁电陶瓷去极化性能的影响

制备了四种不同孔隙率的Pb0.99(Zr0.95Ti0.05)0.98Nb0.02O3铁电陶瓷,并研究了冲击波作用下孔隙率对陶瓷去极化性能的影响.研究表明:短路负载条件下陶瓷的放电波形不随孔隙的加入而改变,均为方波.多孔陶瓷的放电脉冲幅度较低,脉冲宽度较长.释放的电荷量随着孔隙率的增加而减小,与静态电滞回线测试结果一致.多孔陶瓷具有较低的冲击阻抗,改善了与封装介质的阻抗匹配.用Lysne模型拟合了材料在高电阻负载条件下的放电行为,并指出高电阻负载条件下材料的介电常数是静态介电常数的4—5倍,而且材料的介电常数随孔隙率的增加而减小.冲击波通过样品以后,电路的放电时间常数随着孔隙率的增大而增大.随着电阻的增大,样品负载电压增高,材料铁电-反铁电相变受到抑制,电流上升沿变缓,致密陶瓷出现了击穿现象.     

多孔未极化Pb(Zr0.95Ti0.05)O3铁电陶瓷单轴压缩力学响应与相变

通过添加造孔剂的方法制备了四种不同孔隙率未极化PZT95/5铁电陶瓷. 采用非接触式的数字散斑相关性分析(digital image correltation, DIC)全场应变光学测量技术, 对多孔未极化PZT95/5 铁电陶瓷开展了单轴压缩实验研究, 讨论了孔隙率对未极化PZT95/5铁电陶瓷的力学响应与畴变、相变行为的影响. 多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷的单轴压缩应力-应变关系呈现出类似于泡沫或蜂窝材料的三阶段变形特征, 其变形机理主要归因于畴变和相变的共同作用, 与微孔洞塌缩过程无关. 多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷的弹性模量、压缩强度都随着孔隙率的增加而明显降低, 而孔隙率对断裂应变的影响较小. 预制的微孔洞没有改善未极化PZT95/5铁电陶瓷材料的韧性, 这是因为单轴压缩下未极化PZT95/5铁电陶瓷的断裂机理是轴向劈裂破坏, 微孔洞对劈裂裂纹传播没有起到阻碍和分叉作用. 准静态单轴压缩下多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷畴变和相变开始的临界应力都随着孔隙率的增大而呈线性衰减, 但相变开始的临界体积应变却不依赖孔隙率.     

微秒脉冲电场下Pb_(0.99)(Zr_(0.95)Ti_(0.05))_(0.98)Nb_(0.02)O_3陶瓷击穿过程电阻变化规律

陶瓷作为应用非常广泛的一种材料,其电击穿问题一直是研究的重点和热点.由于击穿过程涉及热、光、电多场耦合效应,目前还没有一个普适的模型能够解释陶瓷击穿问题.针对此问题进行分析,实验中采用脉冲高压发生装置击穿陶瓷,通过对陶瓷击穿过程中等效电阻的研究,揭示了PZT95/5陶瓷样品体击穿和沿面闪络形成过程的异同.结果显示,在两种击穿模式下,陶瓷样品内部均会在40 ns左右形成导电通道,陶瓷等效电阻急剧下降至10~5?量级;然后体击穿与沿面闪络的导电通道以不同的速率继续扩展;电阻减小速率与导电通道上载流子的浓度有关,二者的等效电阻以不同速率减小,直至导电通道达到稳定.     

Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法计算了Pb(Zr0.4Ti0.6)O3五层超晶胞的顺电相和铁电相的电子结构.由态密度、电子密度和能带结构的计算结果发现顺电相下钛氧八面体Ti-O6和锆氧八面体Zr-O6在铁电相中分裂为由1个O1离子和4个O2离子组成的金字塔结构Ti-O5和Zr-O5;与顺电相相比,铁电相中钛离子的3d电子和氧离子的2p电子存在更强的轨道杂化,这种杂化降低了离子间的短程排斥力,使得具有铁电性的四方结构更为稳定,而且钛离子与氧离子的相互作用对于铁电相Pb(Zr0.4Ti0.6)O3沿c轴自发极化的贡献大于锆离子与氧离子的相互作用;由电子密度的分布可推断立方结构的Pb-O键呈现离子键特征,而铁电相下Pb-O键则有较大的共价成分,铅离子与氧离子的这种轨道杂化对Pb(Zr0.4Ti0.6)O3的铁电性起重要作用.所得结果对深入理解Pb(Zr0.4Ti0.6)O3铁电性的微观机理具有参考价值.     

Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3/YBa_2Cu_3O_(7-x)双层结构电学特性研究

该研究通过溶胶-凝胶结合PLD的方法,在LaAlO_3(LAO)基板上制备了具有良好的c轴取向的Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3/YBa_2Cu_3O_(7-x)(PZT/YBCO)双层薄膜。采用溅射法制备了Pt顶电极,在300K~50K温度范围内,对Pt/PZT/YBCO的电滞回线和J-V特性曲线进行研究,结果表明:300K时,Pt/PZT/YBCO的剩余极化强度约为22μC/cm~2,随着温度的降低,剩余极化强度基本保持不变同时矫顽场和临界导通电压(Vc)增大、漏电流减小,当YBCO进入超导态时,Vc随温度的变化规律发生改变。进一步研究了不同电压下Pt/PZT/YBCO的电流输运特性,当外加偏置电压较小时(临界导通电压以下),Pt/PZT/YBCO的电流输运特性主要符合欧姆导电机制,当外加偏置电压增大到临界导通电压以上时,电流输运特性主要符合肖特基发射机制。     

铁电材料Pb(Zr_(0.44)Ti_(0.56)Ni_(0.30))O_2的光伏特性

通过对Pb(Zr0.44Ti0.56Ni0.30)O2(PZTNi3O)铁电材料单独掺杂铅后相界宽度的计算获得了铁电材料明显的通断光电流和较大的剩余极化强度,从而得出间接带隙为2.9e V,无栅极偏置电压大,偏置场的增加显著,光电流密度增大为0.1~0.5 m A/cm2。因此,铁电材料在极性相反的极化强度下可以决定开路电压(VOC)和短路电流(Isc),这一特性为非中心对称的铁电材料对可见光敏感的极性向前迈进了一步。     

HoFe_(0.95)Mn_(0.05)O_3单晶的自旋重取向相变和磁热效应研究

本文采用光学浮区法生长了HoFe_(0.95)Mn_(0.05)O_3单晶样品,对其磁性和磁热效应进行了研究.研究表明,微量Mn的掺杂使HoFeO_3的自旋重取向温度由58K升高到102K.磁化强度随温度变化和自旋重取向相变过程中的热滞现象共同说明,自旋重取向由原来HoFeO_3中的Γ_4(G_x,F_z)→Γ_2(G_z,F_x)自旋重取向变为HoFe_(0.95)Mn_(0.05)O_3中的Γ4(G_x,F_z)→Γ_1(C_z,A_x)的自旋重取向.磁熵计算表明,虽然在a轴方向得到了-16.7J/kg·K的磁熵变,HoFe_(0.95)Mn_(0.05)O_3的磁熵变显示出明显的各向异性,但是微量Mn的掺杂并未对HoFeO_3的磁熵造成明显的影响.     

(1–x)K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3-xBi(Mg_(0.5)Ti_(0.5))O_3无铅弛豫铁电陶瓷的介电、铁电和高储能行为

利用传统固相法制备了(1–x)K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3-xBi(Mg_(0.5)Ti_(0.5))O_3(简写:(1–x)KNN-x BMT, x=0.05, 0.10,0.15, 0.20)无铅弛豫铁电陶瓷,并对其相结构、微观形貌、介电特性与储能行为进行了系统的研究.研究结果表明,随着BMT含量的增加,(1–x)KNN-x BMT陶瓷由正常铁电体逐渐转变为弛豫铁电体,表现出强烈的弥散相变特征,其最大极化强度P_(max)随之逐渐降低.当x=0.15时,陶瓷具有最大的击穿电场,为275 kV·cm~(–1).采用间接方式对(1–x)KNN-x BMT陶瓷的储能性能进行计算,发现当BMT的含量为x=0.15时,可获得最佳的储能性能:当场强为275 kV·cm~(–1)时,可释放储能密度Wrec为2.25 J·cm~(–3),储能效率h高达84%.鉴于实际应用的需求,对各组分陶瓷进行直接测试,结果表明随掺杂量的增加,储能密度Wdis呈现先增大后减小的变化趋势,当x=0.15时,储能密度为1.54 J·cm~(–3),放电时间仅为88 ns.另外,该材料在1—50 Hz范围内具有良好的频率稳定性,在25—125℃范围内具有良好的温度稳定性,储能密度的变化量低于8%.该研究表明KNN-BMT陶瓷在环境友好高储能密度电容器领域具有广阔的应用前景.     

PbLa(Zr,Sn,Ti)O_3反铁电陶瓷在脉冲电场下的极化与相变行为

在实际应用中,反铁电陶瓷常处于快速变化的脉冲电场下,而传统电滞回线测量时所施加的电场变化速率较慢,并不能真实反映反铁电陶瓷实际应用时的极化和相变行为.本研究建立了反铁电陶瓷脉冲电滞回线测试平台,研究了Pb_(0.94)La_(0.04)[(Zr_(0.52)Sn_(0.48))_(0.84)Ti_(0.16)]O_3反铁电陶瓷在微秒级脉冲电场下的极化和相变行为.研究结果表明,反铁电陶瓷在微秒级脉冲电场下可以发生相变,但其极化强度降低,正向相变电场变高,反向相变电场变低,从而导致其储能特性发生了显著的变化.因此,低频电滞回线并不能真实反映反铁电陶瓷在脉冲电场下的性能,脉冲电滞回线对其应用具有更重要的参考价值.     

钆掺杂对0.7BiFe_(0.95)Ga_(0.05)O_3-0.3BaTiO_3陶瓷的结构、介电性能和多铁性能的影响

采用固相烧结法制备了不同Gd掺杂含量的0.7Bi_(1-x)Gd_(x)Fe_(0.95)Ga_(0.05)O_(3)-0.3BaTiO_3(BG_xFG-BT,x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)陶瓷,系统研究了Gd掺杂对BG_xFG-BT陶瓷的晶体结构、微观形貌、介电性能以及多铁性能的影响.通过X射线衍射图谱分析、扫描电镜形貌分析、X射线光电子能谱分析等工具表明,Gd掺杂会使BG_xFG-BT陶瓷由菱面体(R3c)结构转变为赝立方(P4mm)结构,晶粒尺寸会明显减小,从未掺入Gd时的6.2μm)降低到约3.2μm左右,同时发现少量的Gd掺杂能够抑制BFG-BT陶瓷中Fe~(2+)离子的产生,减少氧空位的存在.最终导致,在适量的Gd掺杂下,陶瓷的介电性能和铁电性能均得到明显改善.适量的Gd掺杂可使介电常数增加、介电损耗减少、电滞回线形状改善、剩余电极化强度增加(最高达9.06μC/cm~2).同时,在磁性能方面,Gd掺杂陶瓷均表现铁磁性,剩余磁极化强度与饱和磁化强度均有显著提高.     

YBa_2(Cu_(0.95)M_(0.05))_3O_(7-δ)的代换效应及其中子衍射研究

X射线衍射实验表明YBa_2(Cu_(0.95)M_(0.05))_3O_(7-δ)(M=Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu和Zn)均为单相结构。Fe,Co,Ni和Zn对Cu的替代使超导临界温度T_c显著下降,而同样含量的Ti,V,Cr,Mn对Cu的替代并未对超导性能产生显著影响。并利用中子衍射分析了Ti,Mn,Fe和Co对Cu原子的取代,发现代换原子对Cu的两个晶位各自存在不同的择优占据,从而为分析不同晶位Cu在超导机制中的作用提供了依据。同时,本文研究了YBa_2·(Cu_(0.95)M_(0.05))_3O_(7-δ)的磁性,讨论了用3d金属离子代换Cu离子时对磁性的影响,以及磁性与超导性能之间的联系。     

重温Pb(ZrxTi1-x)O3铁电薄膜极化疲劳问题

具有ABO3型钙钛矿结构的Pb(ZrxTi1-x)O3 (PZT)展示出良好的铁电极化性能,是使用最广的铁电材料.然而,在将它应用于铁电存储时,PZT薄膜遭遇到极化疲劳问题而被SrBi2Ta2O9 (SBT)等铁电体所替代,这一问题至今未能得到妥善解决.文章首先通过变温极化疲劳实验充分理解PZT极化疲劳的基本过程,然后有针对性地进行材料设计,获得基本无极化疲劳的PZT铁电薄膜.     

重温Pb(Zrx Ti1-x)O3铁电薄膜极化疲劳问题

具有ABO3型钙钛矿结构的Pb(ZrxTi1-xO3(PZT)展示出良好的铁电极化性能,是使用最广的铁电材料.然而,在将它应用于铁电存储时,PZT薄膜遭遇到极化疲劳问题而被SrBi2Ta2O9(SBT)等铁电体所替代,这一问题至今未能得到妥善解决.文章首先通过变温极化疲劳实验充分理解PZT极化疲劳的基本过程,然后有针对性地进行材料设计,获得基本无极化疲劳的PZT铁电薄膜.     

Roles of Nano-Domain Switching and Non-180° Domains in Enhancing Local Piezoelectric Responses of Highly (100)-Oriented Pb(Zr_(0.60)Ti_(0.40))O_3 Thin Films

Ferroelectric Pb(Zr_(0.60)Ti_(0.40))O_3 thin films deposited on the niobium-doped SrTiO_3 and Pt(111)/Ti/SiO_2/Si substrates are fabricated by a sol-gel method.X-ray diffraction indicates that the films have a 'cube-on-cube'growth with highly(100)preferred orientation and good surface qualities.Using piezoelectric force microscopy,we investigate domain structures and butterfly amplitude loops of ferroelectric thin fims.The results indicate that the film deposited on Nb:SrTiO_3 has both kinds of 180° polarizations perpendicular or parallel to the surface while the film deposited on Pt/Ti/SiO_2/Si has irregular phase differences.Excellent piezoelectric polarization are observed in the films on niobium-doped SrTiO_3 with local d_(33)~* values around 45 pm/V three times more than that of the films around 13 pm/V deposited on Pt(111)/Ti/SiO2/Si. Our findings emphasize that nanodomain switching ability and non-180° domains will contribute significantly to enhance piezoelectric responses of ferroelectric thin films.     

热锻铁电陶瓷Bi_4Ti_3O_(12)的反极图测定

热锻是在高温下使陶瓷产生塑性形变,成为具有择尤取向陶瓷的重要手段[1].众所周知,极图是某一晶轴在试样的坐标系中几率分布的极射赤面投影图,反极图则是试样的特定参考方向在晶体坐标系中几率分布的极射赤面投影图.鉴于反极图制作比正极图简便,可作定量处理,并可将织构与物理量的变化密切联系起来,因而本文用X射线衍射仪测定了热锻铁电陶瓷Bi_4Ti_3O_(12)的反极图. 钛酸■Bi_4Ti_3O_(12)(简称BIT)是一种■层状结构化合物,它由(Ti_3O_(12))～(2+)顺电性■层和(Bi。Ti。Ol。)‘’铁电性(赝)类钙钛矿层相间排列而成.每个单胞有38个原子…     

弛豫型铁电单晶0.67Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.33PbTiO_3的拉曼散射研究

本文采用拉曼散射技术在温度从374到-196℃的范围内,研究了弛豫型铁电单晶0.67Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.33PbTiO3(PMNT)。观察了在不同温度下拉曼光谱的变化,经分析这些变化反映了该晶体经历了两个相变:第一个相变温度发生在120℃,从顺电立方相到铁电四方相的相变,780 cm-1处模式在VH偏振下的改变标志了这一相变;第二个相变温度发生在34℃,是从铁电四方相到铁电三方相的相变,软模的出现代表了这一相变。     

多铁材料Bi_(0.95)La_(0.05)Fe_(1-x)Co_xO_3的介电和铁磁特性研究

采用溶胶凝胶法制备BiFeO_3和Bi_(0.95)La_(0.05)Fe_(1-x)Co_xO_3(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)样品.X衍射图谱表明所有样品的主衍射峰均与纯相BiFeO_3相吻合且具有良好的晶体结构,La和Co共掺杂的结果导致BiFeO_3的晶胞体积增大.SEM形貌分析可知,晶粒尺寸随着掺杂量的增加而逐渐减小,晶粒由原来的10um逐渐减小到1um,且其晶粒形状有不规则状逐渐呈现四方状.Bi_(0.95)La_(0.05)Fe_(1-x)Co_xO_3样品介电常数和介电损耗随着掺杂量的增加先增大而后减小.当f=1kHz,Bi_(0.95)La_(0.05)FeO_3的介电常数是BiFeO_3的5.96倍.其介电特性是由偶极子的取向极化和空间电荷限制电流两种极化机制共同作用的结果.La~(3+)和Co~(3+)掺杂使BiFeO_3晶胞体积增大、晶格结构发生扭曲形变,导致BiFeO_3的Fe-O-Fe健的健角增大,改变Fe-O健健长,进一步提高了BiFeO_2样品的铁磁性.     

Pb(Zr,Sn,Ti)O3反铁电陶瓷的低温相变扩散与极化弛豫

用弱场介电温谱、热释电流谱、强场电滞回线和变温X射线衍射谱研究了微量La掺杂Pb(Zr ,Sn ,Ti)O3(PZST)反铁电 (AFEt)陶瓷在 - 10 0— 180℃温区内的结构与电学特性 .弱场介电温谱显示 ,AFEt陶瓷在低温段(- 10 0— 5 0℃ )呈现介电频率弥散 (0 1— 10 0kHz)和扩散型相变的特征 ,而变温X射线衍射谱却表明材料在这一温区内保持四方相结构 ;低温下经强场作用后 ,AFEt被诱导为亚稳三方铁电态 ,介电频率弥散消失 .基于多元复杂化合物的组分起伏理论 ,讨论了PZSTAFEt陶瓷的相变扩散与极化弛豫新现象 .