强非线性铁电陶瓷的电致伸缩效应

本文通过热力学自由能函数说明了电致伸缩效应唯象理论及其在各向异性强非线性铁电晶体中的应用。实验发现,菱方相纯PZT陶瓷组分的主要场诱应变效应是电致伸缩效应,可用x—P关系的二次方律来描述。但相界附近的四方相PZT陶瓷组分和PLZT组分,压电效应分量明显增大,其电致伸缩效应已呈现明显的四次方效应。可以预期,PZST系统的主要机电耦合效应是电致伸缩效应,其电场诱导应变是极化强度的高偶次方函数。

晶格失配应变对铁电薄膜铁电性能的影响

采用与时间有关的Ginzburg-Landau方程,在考虑表面效应的条件下研究了晶格失配应变对外延铁电薄膜铁电性能的影响,通过外推长度考虑表面效应。获得了不同应变情况下的铁电薄膜电滞回线及蝶形应变迟滞回线。结果表明,剩余极化强度和矫顽场与压应变和张应变密切相关,其值强烈依赖于晶格失配应变。

相场模拟应变调控PbZr(1-x)TixO3薄膜微观畴结构和宏观铁电性能

外延生长铁电薄膜中基底失配应变能够调控微观铁电畴结构和宏观铁电性能.本文选择了三种相结构(四方相、四方和菱方混合相、菱方相)PbZr(1–x)TixO3(x=0.8,0.48,0.2)铁电薄膜,利用相场模拟研究了在不同基底失配应变(esub)作用下,三种成分铁电薄膜中微观畴结构的演化以及宏观极化-电场回线.随着应变从–1.0%变化到1.0%,三种相结构铁电薄膜的矫顽场、饱和极化值以及剩余极化值全都降低,其中PbZr0.52Ti0.48O3薄膜的饱和极化值和剩余极化值比另外两种薄膜降低更快.模拟结果表明拉应变能提高铁电薄膜储能效率,其中准同型相界处应变提升储能效率最快.本工作揭示了应变对PbZr(1–x)TixO3铁电薄膜中畴结构、电滞回线以及储能等方面的影响,为铁电功能薄膜材料的实验设计提供了理论基础.

钛酸铋钠-钛酸钡陶瓷的铁电压电性能研究

采用固相烧结法制备钛酸铋钠-钛酸钡铁电陶瓷,并详细研究了表面微观结构、铁电特性和压电性能。SEM分析可知陶瓷样品完全烧结形成单一的钙钛矿固溶体结构。铁电测试发现样品具有典型的铁电陶瓷特征,且具有较好的应变值(Spos=0.28%)。提高测试温度能使样品的铁电、压电性能得到极大的提升;当温度为90℃时,样品的Ec下降,Pr接近于0,得到0.53%的大应变。这归因于铁电畴受温度的影响向弛豫电畴转化。

双势阱铁电体的场致应变效应

基于德文希尔-朗道的唯象理论,用统计方法研究了四方相双势阱铁电体在电场作用下偶极子的极化和90°翻转产生的电滞回线和电致伸缩效应,用数值模拟的方法探讨了材料参量、偶极子耦合系数和温度对电滞回线和电致伸缩的影响规律,得到了有意义的结论:材料参量α_0/β越大,电滞回线的高度越高及蝶形回线电致伸缩的底部越宽;偶极子间的交换耦合系数越大,应变的蝶形回线越宽;温度越接近居里点,应变的两条回线在交点处分离得越开,证明了经验规律:电致伸缩系数与居里-外斯常数C的乘积为常数;上述规律能够合理地解释电致伸缩的相关实验结果.