Sn含量对PbSnO3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3三元系压电陶瓷相结构和电性能的影响

采用两步钶铁矿前驱体工艺制备了PbSnO3-Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-PbTiO3（PSn-PMN-PT） 三元系压电陶瓷, 研究了Sn含量的变化对PSn-PMN-PT 三元系压电陶瓷结构和性能的影响。XRD结果表明, 所选成分均处于三方相和四方相共存的准同型相界上, 当Sn含量减少时, PSn-PMN-PT的XRD图谱基本没有发生变化, 而当Sn含量增加时, 在XRD图谱中逐渐出现烧绿石相。电性能研究表明, 缺失少量Sn可以提高PSn-PMN-PT的压电、介电和铁电性能, 减小损耗; 而添加过量Sn明显损害其压电和铁电性能, 增加损耗。缺失0.2mol%Sn的PSn-PMN-PT具有最佳的压电和铁电性能, d33： -530 pC/N, kp： -56.4%, Qm： -570, εr： -3070, tanδ： -0.32%, Pr： -28.9 μC/cm2, EC： -8 kV/cm。

Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3)O_3-PbTiO_3晶体组分对结构与性能的影响

用熔体Modified Bridgman法生长出尺寸直径40 mm长度80 mm的弛豫铁电单晶PMNT90/10,表明该方法不仅适合在准同型相界(MPB)附近生长PMNT单晶,也适合生长PT含量很低的PMNT单晶.在生长出的PMNT90/10晶体中,铁电相与顺电相两相共存,并呈现亚微畴结构特征.随着晶体组分由PMN组元变化到MPB组分附近,PMNT的电畴结构呈现微畴-亚微畴- 不规则宏畴-规则宏畴演化系列,而介电弛豫特性则逐步弱化.PMNT固熔体的电学性能依赖于晶体组分,(001)切型PMSNT90/10晶体的压电常数d33约80 pC/N,显著低于MPB附近组分,但其介电常数ε达到12600,明显高于后者.

Bi_2O_3掺杂0.35PNN-0.60PZT-0.05V_2O_5陶瓷的低温烧结特性研究

采用传统固相反应法制备了Bi_2O_3掺杂的0.35PNN-0.60PZT-0.05V_2O_5压电陶瓷。通过X线衍射、扫描电镜等测试手段对其烧结特性、晶体结构、微观形貌和介电性能进行研究。结果表明,Bi_2O_3掺杂能降低0.35PNN-0.60PZT-0.05V_2O_5陶瓷的烧结温度,影响相结构,改变微观形貌,并优化电学性能。当Bi_2O_3的质量分数为1.0%时,0.35PNN-(0.60-w%)PZT+0.05V_2O_5+w%Bi_2O_3实现900℃烧结,表现出优异的电学性能:压电常数d33=580pC/N,机电耦合系数kp=0.65,介电常数εr=6 100,介电损耗tanδ=0.006 1,品质因数Qm=65。

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.

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.

PbO对Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3陶瓷相成分的影响

采用固相反应法制备了一系列Pb(Zr0.52Ti0.48)O3压电陶瓷,研究了过量PbO对PZT陶瓷相成分的影响.用X射线衍射对陶瓷的相结构进行了分析,采用场发射扫描电镜对断面形貌进行表征,并用能谱仪对微观区域的陶瓷成分进行测试.实验结果表明:当PbO缺乏时,陶瓷上表面易出现由PbZrO3分解产生的ZrO2,下表面易出现PbTi3O7和焦绿石相.当PbO过量时,陶瓷微观区域的成分会发生波动,成分的一致性也将受到破坏.此外,过量PbO还将使PZT相结构发生向富钛方向的移动.采用先进的陶瓷制备工艺有助于克服成分波动和相结构变化现象.

金属-EDTA螯合物法制备Pb(Zr,Ti)O_3超细粉的研究

以硝酸盐和EDTA(乙二胺四乙酸)为原料,用金属-EDTA螯合物热分解法制备均匀性好的Pb(Zr,Ti)O_3超细粉,经FT-IR光谱,热分析,X射线衍射分析和透射电镜等方法研究表明:硝酸根离子可加速金属-EDTA螯合物的热分解,仅在250C时便有Pb(Zr,Ti)O_3相生成,除PbO外不生成其它中间相,随着温度进一步升高,中间相PbO逐渐消失,经700C1h煅烧所得到的单一Pb(Zr,Ti)O_3相超细粉,平均粒径为34nm。

Pb(Zr,Ti)O_3薄膜微区残余应力的X射线面探扫描分析

根据在X射线二维衍射几何关系下建立的应力应变方程,提出了一种基于X射线多晶面探衍射仪系统分析射频磁控溅射制备的Pb(Zr,Ti)O3薄膜微区残余应力的测量方法,即通过基于X射线衍射圆锥形变的分析来表征薄膜的残余应力,试验结果表明薄膜所受为残余拉应力,同时利用X射线面探扫描方法评价了薄膜的残余应力分布。

外延生长四方相Pb(Zr_(0.65)Ti_(0.35))O_3薄膜

以SrRuO3(SRO)为缓冲层和底电极,利用射频溅射法在LaAlO3(LAO)单晶基片上制备了Pb(Zr0.65Ti0.35)O3(PZT)薄膜。X射线衍射分析显示PZT薄膜与基底有以下外延取向关系:(001)[010]PZT‖(001)[010]SRO‖(001)[010]LAO。虽然PZT薄膜组分位于菱方相区域,但由于基底的夹持效应,透射电子显微镜观察表明PZT薄膜呈现四方相。对以Pt或SRO为上电极的PZT薄膜的电性能分别进行了研究,结果显示两种样品都具有抗疲劳性,并且Pt/PZT/SRO薄膜电容与SRO/PZT/SRO薄膜电容相比具有更大的漏电流。氧化物基片和底电极的引入使得PZT薄膜的居里点与块材相比有所下降。电容-温度测试曲线表现出典型的居里-外斯定律特征,薄膜损耗随着温度上升而下降。当温度接近PZT薄膜相转变点的时候,由于夹持应力的解除导致薄膜损耗急剧下降。

PbO对Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3压电陶瓷性能的影响

采用固相反应的方法制备了Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)压电陶瓷,研究了过量PbO对Pb(Zr0.52Ti0.48)O3压电陶瓷性能的影响。通过XRD和SEM研究了PbO过量对Pb(Zr0.52Ti0.48)O3压电陶瓷的晶相结构及显微形貌的影响,研究结果表明PbO过量不会影响Pb(Zr0.52Ti0.48)O3材料的相结构(均为钙钛矿结构),但是PbO过量太多,会出现过烧现象及气孔等,PbO过量为5%mol时结晶最好。测量了样品的密度、电阻率、压电系数以及介电性能,对这些测量结果的研究表明采用850℃预烧、1 250℃终烧的烧结工艺,PbO过量为5%mol的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3压电陶瓷致密性好,密度最大,且具有良好的介电与压电性能,其压电系数最大为322 pC/N。

含NiTi阻挡层的硅基(La_(0.5)Sr_(0.5))CoO_3/Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3/(La_(0.5)Sr_(0.5))CoO_3铁电电容器异质结

应用磁控溅射法制备的非晶NiTi薄膜作阻挡层,在Si(100)衬底上构造了(La0.5Sr0.5)CoO3/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3/(La0.5Sr0.5)CoO3(LSCO/PZT/LSCO)铁电电容器异质结,研究了Pb(Zr0.4Ti0.6)O3铁电薄膜的结构和物理性能。实验发现LSCO/PZT/LSCO铁电电容器具有良好的电学性能,在417kV/cm的驱动场强下,PZT铁电电容器具有较低的矫顽场强(125kV/cm)和较高的剩余极化强度(19.0μC/cm2),良好电容-电压特性(C-V)和保持特性,铁电电容器经过1010次反转后,极化强度没有明显下降,表明了非晶NiTi薄膜可以用作高密度硅基铁电存储器的扩散阻挡层。

Pb(Zr_xTi_(1-x))O_3成分梯度铁电薄膜的结构及性能

采用Sol-Gel方法,通过快速热处理,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备出Pb(Zr,Ti)O3成分梯度薄膜。用俄歇微探针能谱仪(AES)对制备的上梯度薄膜进行了成分深度分析,证实其成分梯度的存在。XRD分析表明,制备的梯度薄膜为四方结构和三方结构的复合结构,但其晶面存在一定的结构畸变。介电温谱测试表明,随着温度的升高,梯度薄膜出现一个铁电-铁电相变点和两个居里点,同时出现一定的频率弥散现象。不同偏压下电滞回线的测试表明,梯度薄膜表现出良好的铁电性质。热释电性能测试表明,梯度薄膜的热释电系数随着温度的升高逐渐增加,并且其热释电系数比每个单元的热释电系数大。

溶胶–凝胶法制备Pb(Zr_x,Ti_(1–x))O_3薄膜研究进展

Pb(Zrx,Ti1-x)(PZT)铁电薄膜因具有优良的铁电性、压电性、热释电性和声光性能而受到广泛关注,其电、光性能与其制备过程密切相关。简要介绍了PZT薄膜制备工艺流程,系统地从前驱体溶液、摩尔比r(Zr:Ti)、热处理工艺、电极材料以及掺杂改性等五个方面概述了sol-gel法制备PZT薄膜的研究进展,并指出了目前sol-gel法制备PZT铁电薄膜研究中存在的一些问题以及未来的研究方向。

基于扫描探针显微术研究Pb(Zr,Ti)O_3铁电薄膜的电学性质

首先利用脉冲激光沉积技术在(001)取向的SrTiO3基片上外延生长了SrRuO3底电极和PbZr0.20Ti0.80O3(PZT)薄膜,然后利用扫描探针显微镜的压电响应模式(PFM)和导电测试模式(C-AFM)表征了PbZr0.20Ti0.80O3/SrRuO3/SrTiO3异质结薄膜纳米尺度的电学性质。以镀铂探针为上电极,利用压电响应模式获得了复合薄膜纳米尺度的压电位移-电压蝶形曲线和压电相位-电压滞后曲线,表明样品具有良好的铁电性。薄膜纳米尺度下的I-V测试结果表明经+10V电压极化后的样品,其I-V曲线在矫顽场附近出现峰值,与宏观I-V测试结果类似。导电原子力和压电力测试结果证明C-AFM可以检测到PZT薄膜样品的瞬时极化反转电流并进行成像。

67Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-33PbTiO_3单晶的微结构与铁电畴

用偏光显微镜（ＰＬＭ）和透射电镜（ＴＥＭ）观察了 ６７Ｐｈ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－３３ＰｂＴｉＯ３单 晶的畴结构，在ＰＬＭ下，光学质量不同的晶体具有不同的畴结构，透明晶体具有毫米尺度的大畴，透明性 差的晶体的带状孪生畴宽约为 ０．１ｍｍ；在 ＴＥＭ下，雾状晶体中存在着复杂的微米尺度的孪生畴，而均匀 晶体中存在着不规则的微米尺度的 １８０畴．原位 ＥＤＳ分析表明，在孪生晶体中存在 Ｎｂ－Ｔｉ－Ｍｇ－Ｐｂ－Ｏ 非晶相．透明晶体的介电和压电常数显著地高于雾状晶体．讨论了化学不均性对畴结构的影响．

Pb(Zr_x,Ti_(1-x))O_3成分梯度铁电薄膜的制备、结构及电性能表征

采用Sol-Gel方法,通过快速热处理,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备出Pb(Zrx,Ti1-x)O3成分梯度薄膜.经俄歇微探针能谱仪(AES)对制备的“上梯度”薄膜进行了成分深度分析,结果证实其成分梯度的存在.经XRD分析表明,制备的梯度薄膜为四方结构和三方结构的复合结构,但其晶面存在一定的结构畸变.经介电频谱测试表明,梯度薄膜的介电常数比每个单元的介电常数都大,但介电损耗相近.在10kHz时,上、下梯度薄膜的介电常数分别为206和219.经不同偏压下电滞回线的测试表明,上、下梯度薄膜均表现出良好的铁电性质,其剩余极化强度Pr分别为24.3和26.8μC·cm-2.经热释电性能测试表明,热释电系数随着温度的升高逐渐增加,室温下上、下梯度薄膜的热释电系数分别为5.78和4.61×10-8C·cm-2K-1,高于每个单元的热释电系数.

Sol-gel法制备Pb(Zr_(0.53)Ti_(0.47))O_3铁电薄膜

利用Sol—gel工艺在Pt／Ti／SiO2／si衬底上制备了Pb（Zr0.53Ti0.47）O3（PZT）薄膜，研究了退火温度、保温时间和薄膜厚度对其晶相、微观结构和铁电性能的影响。在500℃退火处理的PZT薄膜开始形成钙钛矿相；在550℃退火处理的PZT薄膜基本形成钙钛矿相结构；升高退火温度（500-850℃）、延长保温时间（30～150min）、增加薄膜厚度（120-630nm）都有利于PZT晶粒的长大。在650～750℃退火的PZT薄膜具有较好的铁电性能，保温时间对PZT薄膜的铁电性能影响不大，PZT薄膜的厚度为200-300nm时可以得到比较好的铁电性能。在退火温度750℃、保温时间30min条件下退火处理厚310nm的PZT薄膜，其剩余极化值（2Pr）和矫顽电场（2Ec）分别是72μC／cm^2、158kV/cm。

以TiO_2粉体为钛源水热合成Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3晶粒机理

用水热法合成了Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)超细晶粒。通过对合成粉晶体的物相与晶体形貌的表征和对生成物中TiO2残余量的测定,初步分析了PZT粉晶粒形成的机理。在反应初期,随着温度的升高,TiO2粒子逐渐溶解。进入溶液的钛氧基团与溶液中的羟基相作用发生羟基化反应,形成钛的氢氧化物。钛与锆的氢氧化物相互作用,形成生长基元,它们与Pb2+离子一起在PZT晶核生长界面上叠合、脱水、结晶,从而使PZT晶粒长大。

B位氧化物预合成法制备(1-x)Pb(Fe_(1/4)Sc_(1/4)Nb_(1/2))O_3-xPbTiO_3铁电陶瓷及其性能研究

利用传统的陶瓷工艺、通过B位氧化物预合成法制备了高质量、钙钛矿结构的(1-x)Pb(Fe1/4Sc1/4Nb1/2)O3-xPbTiO3(PFSN-PT)铁电陶瓷。结构测定和性能测试表明,1180℃烧结2h制备的PFSN-PT陶瓷呈现相当均匀的显微结构和良好的电学性能,同时具有较高的致密度(约95%),只有PbTiO3(PT)物质的量分数为40%、60%的陶瓷致密度略低(约91%)。随着PT含量的增加,PFSN-PT从三方相结构转变为四方相结构,并伴随着晶胞体积的减小(从PFSN的6.6676×10-2nm3下降到0.2PFSN-0.8PT的6.3555×10-2nm3)和钙钛矿结构四方性的增大(从0.6PFSN-0.4PT的1.0242增加到0.2PFSN-0.8PT的1.0488)。PFSN-PT陶瓷的介电常数最大值(εm)及其峰值温度(Tm)也随着PT含量的增加呈线性增大。介电性能测试和热滞行为研究表明,随着PT含量的增加,PFSN-PT的铁电-顺电相变从弛豫铁电体的弥散型铁电相变向正常铁电体的一级铁电相变转变。

脉冲激光沉积法制备的Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3铁电薄膜漏电机理

利用准分子脉冲激光器在Pt/Ti/SiO2/Si(111)衬底上制备了Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT)铁电薄膜.利用掩膜技术,采用磁控溅射法在PZT薄膜上生长Pt上电极,构架了Pt/PZT/Pt铁电电容器异质结.采用X射线衍射和电容耦合测试技术分别表征了PZT铁电薄膜的微结构和电学性能.研究发现:在5 V的测试电压下,在560℃较低的沉积温度下生长的PZT薄膜电容器的剩余极化强度为187 C/m2、矫顽电压为2.0 V、漏电流密度为2.5×10-5A/cm2.应用数学拟合的方法研究了Pt/PZT/Pt的漏电机理,发现当电压小于1.22 V时,Pt/PZT/Pt电容器对应欧姆导电机理;当电压大于2.30 V时,对应非线性的界面肖特基传导(Schottky emission)机理.