外加电场法制备LiNbO3周期畴的工艺研究

研究了LiNbO₃单晶周期极化畴结构的制备工艺, 讨论了外电场的特性对周期极化过程的影响. 在对周期畴制备各工艺步骤进行实验研究的基础上, 提出解决LiNbO₃单晶周期畴制备中一直存在的边缘击穿问题, 必须选择合适的周期电极形式并对脉冲波形进行优化. 采用所提出的工艺, LiNbO₃周期极化畴的成品率提高到了90%. 为解决周期极化过程中反转畴的侧向扩展, 在对周期极化物理过程进行分析的基础上, 采取了对周期电极宽度进行优化设计和在样品上包覆聚酰亚胺绝缘胶的方法, 有效克服了这一问题, 制备了占空比符合预期的高质量的周期畴结构.     

近化学计量比LiNbO3晶体电畴结构观察和机理探讨

采用双坩埚提拉法(DCCZ)生长了各种不同成分的近化学计量比LiNbO₃晶体, 并用腐蚀法观察了其电畴结构. 结果表明, 化学成分对未经极化处理晶体的电畴结构起决定性作用, 当Li₂O 含量处于49.4mol%附近时, 晶体z面电畴呈现特殊的三次对称反畴; 当晶体中Li₂O含量为49.7mol%时, 晶体为完全单畴. 本文对其形成机理进行了探讨, 认为在由顺电相向铁电相转变 时, 局部铁电畴的极性方向与该处沿z轴方向的温度梯度正负密切相关, z轴生长晶体时, 由于相变发生所处位置离生长界面的距离受LiNbO₃晶体计量比影响, 所处温场固有温梯也 随之不同, 在此基础上解释了不同成分晶体的电畴结构形成原因. 最后讨论了控制铁电畴结构的工艺措施.     

并关于O—3型铁电复合材料的热极化机构

制备了以PVDF为母体的TGS、BaTiO₃、LiNbO₃及PZT的O—3型复合材料．研究了这些材料的长时间极化弛豫,发现存在三种带有不同弛豫时间的驰豫机构,这些机构分别由晶粒、母体及晶粒边界产生,晶粒边界产生的极化较稳定．     

铁电微分回线谱参数和极化疲劳

用铁电微分回线谱分析方法研究了Ba _0.99 Sr _0.01 TiO ₃陶瓷的极化疲劳效应, 该方法可将线性和非线性电导、非铁电极化电容、以及纯铁电极化信号完全分开. 实验给出各效应对应的微分谱线型参数在疲劳过程中的变化规律, 并据此分出样品中分别由180°畴和90°畴提供的极化, 发现在同等作用下, 180°畴提供的极化更快出现疲劳.     

Nb掺杂Bi4Ti3O12层状结构铁电陶瓷的电行为特性研究

采用固相烧结工艺制备了Nb⁵⁺掺杂的Bi₄Ti₃O₁₂层状结构铁电陶瓷.运用XRD 和AFM对Bi₄Ti_3-xNb_xO_12+x/2材料的微观结构进行表征,发现所制备的陶瓷均具有单一的正交相结构,抛光热腐蚀表面晶粒的显微形貌表现为随机排列的棒状结构.通过对材料直流电导率与温度关系的Arrhenius拟合,分析丁Bi₄Ti_3-xNb_xO_12+x/2的导电机理. Nb⁵⁺掺杂提高了材料的介电常数,但居里温度随掺杂含量的增加呈线性下降趋势.DSC结果显示Bi₄Ti_3-xNb_xO_12+x/2材料在居里温度处经历了一级铁电相变.样品的铁电性能测试结果表明, Nb⁵⁺掺杂Bi₄Ti₃O₁₂提高了材料的剩余极化Pr,这主要是由于^_Nb5+取代Ti⁴⁺大大降低了材料中氧空位的浓度,使得氧空位对畴的钉扎作用减弱的缘故.     

{110}cub切型Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3单晶铁电相变的研究

测试了PMNT68/32{110}_cub切型单晶的介电、压电性能和电滞回线,发现单晶铁电性能与所施加的极化电场及单晶中PbTiO3含量的变化密切相关.研究结果表明,相结构的变化是引起铁电性能变化的主要原因,即在<110>取向施加电场诱导出来的正交相是本征亚稳的,它的稳定性不仅取决于所施加的极化电场大小,而且与单晶中PbTiO₃含量的变化密切相关.     

外场下NBT-KBT100x压电薄膜畴变演化、保持特性及印记的研究

采用金属有机物分解法制备了不同K含量的弛豫型压电薄膜(1-x)Na_0.5Bi_0.5TiO_3-xK_0.5Bi_0.5TiO₃(NBT-KBT100x)。利用压电力显微镜研究了外场条件下纳米级铁电畴翻转, 以及保持性能和印记失效。结果表明: (1)不同组分中, NBT-KBT17薄膜单畴态的晶粒个数最多。选取NBT-KBT17薄膜分别测试了其面内极化分量和面外极化分量, 该薄膜的面内压电信号较强, 这说明薄膜在d₃₁模式下的压电响应明显。(2)选择NBT-KBT17薄膜中较大尺寸的单晶, 实现了对弛豫性铁电体的电畴写入。将其在大气环境下放置不同时间, 出现了退极化现象, 但总的畴态稳定, 表明其保持性能较好。(3)制备了NBT-KBT17原理型薄膜电容器, 分别测试了加载作用前后NBT-KBT17薄膜电容器的相位和振幅滞后回线图。结果表明外加作用力使相位回线向右发生了一定的移动, 且振幅的蝶形曲线均在不同方向上发生了偏移, 同时形状也发生了改变。最后, 利用空间电荷原理分析了外加力导致薄膜印记产生的机理。     

线型和带型α-Si3N4准一维结构的形成机理和表征

采用高温氮化合成的热化学方法制备了单晶的线型和带型α-Si₃N₄准一维结构.其中线型α-Si₃N₄准一维结构沉积在温度较低的反应区域(1200℃),而带型α-Si₃N₄准一维结构则沉积在高温原料源附近位置(1450℃).经XRD、SEM、TEM、HRTEM分析表明,制备的线型和带型α-Si₃N₄准一维结构均为单晶;线型α-Si₃N₄直径约为100~300nm,长为几十微米;而带型α-Si₃N₄厚约30nm,宽度在300nm~2μm之间,长度为几微米到几十微米.从晶体生长热力学及动力学方面讨论了线型和带型α-Si₃N₄准一维结构的生长过程和分区沉积的原因.结果表明,较高的温度和过饱和度有利于形成带型准一维结构.       

激光非线性复合功能晶体的研究和发展

简要回顾了激光非线性复合功能晶体(即自倍频晶体)的发展过程,从结构、生长和性能等方面对现已研制发展的Nd:Mg:LiNbO₃(NMLN)、Nd_xY_1-xAl₃(BO₃)₄(NYAB)、Cr:KTP、LaBGe_^O5:Nd³⁺、β’-Gd₂(MoO₄)₃:Nd³⁺(GMO:Nd³⁺)、掺Nd³⁺或Yb³⁺的ReCa₄O(BO₃)₃(ReCOB;Re=Gd、Y)(即 Nd:GdCOB、Yb:GdCOB、Nd:YCOB、Yb:YCOB)、Yb:BaCaBO₃F 等几种主要类型的自倍频晶体的研究现状进行了总结,并对该类晶体的发展做了展望.     

纳米晶添加氧化铝粉体的低温烧结研究

以湿化学法制备的纳米α-Al₂O₃粉体作为添加剂,MgO和SiO₂为烧结助剂,对商用γ-Al₂O₃粉体预处理后,采用无压烧结工艺,有效的降低了烧结温度.在1450℃制备了高性能的氧化铝陶瓷,并对添加α-Al₂O₃纳米晶的作用机理进行了研究.     

Effective diffraction gratings via acidic etching of thermally poled glass

Relief diffraction gratings are formed via acidic chemical etching of a periodically poled soda-lime glass. The thermal poling under 1000 V DC is performed at 325 °C using a thermally stable glassy-carbon anodic electrode with periodic grooves, the depth of the grooves being of ∼650 nm. Poling-induced modification of the glass results in deepening the glass anodic surface in the regions under the ribs of the anodic electrode due to volume relaxation and in increasing chemical durability of these regions in acidic media comparatively to the virgin glass. Chemical etching of the poled glass in NH₄F:8H₂O solution allows additional to the thermal poling shaping of the glass surface via faster dissolution of unpoled/less poled glass regions. The morphology of the glass surface before and after the etching is characterized with atomic force and scanning electron microscopy. About 30 min etching provides the formation of ∼0.9 μm in height relief diffraction gratings with the diffraction efficiency close to the theoretically achievable ∼30% for multi-order diffraction. In vivo measuring of the diffraction efficiency in the course of the etching allows precise fabrication of the gratings.     

自蔓延燃烧合成β-Si3N4棒晶

采用自蔓延高温合成（SHS）,在高压氮气中成功地合成了β-Si₃N₄棒晶,研究了添加不同量Y₂O₃对自蔓延燃烧合成β-Si₃N₄。棒晶长径比的影响.结果表明,Y₂O₃添加量有一个最佳范围,当Y₂O₃的添加量在2Wt％～5wt％时,棒晶生长均匀,长径比约为8.通过铜坩埚吸热淬火的方法,观察到β-Si₃N₄棒晶不同生长阶段的显微形貌,从而推测其生长机理为VLS和VS两种机理协同作用的结果.本文对β-Si₃N₄棒晶生长的反应历程也进行了阐述.     

CoSb3/MoCu热电接头的一步SPS法制备及性能评价

Mo-Cu合金电极被成功应用于CoSb₃基热电发电元件. 通过调节合金中铜的含量,Mo₅₀Cu₅₀合金取得了与CoSb₃良好的热匹配. 借助于放电等离子烧结(SPS), Mo-Cu合金通过钛层成功实现了与CoSb3热电材料的连接. 在CoSb₃/Ti/Mo-Cu界面区域,没有发现微裂纹,扫描电镜（SEM）显示在CoSb₃/Ti界面处生成了TiSb相. 500℃的热时效实验表明,CoSb₃/Ti界面区域的TiSb相厚度略有增加,显示了良好的热稳定性. 随着热时效时间的延长,接头的剪切强度降低. 四点探针测试表明,界面区域界面电阻很小,界面接触电阻率在20～30μΩ·cm²,显示了热电接头良好的电接触.     

微波水解法制备针形α-Fe2O3纳米粒子

为了研究微波在纳米晶粒形成中的作用, 用 Ｆｅ Ｃｌ_３ 溶液在微波作用下水解, 并在其中掺入 Ｎａ Ｈ_２ Ｐ Ｏ_４ 的方法, 制备了针形的α Ｆｅ_２ Ｏ_３ 纳米粒子结果, 水解速度大大提高, 并且, 通过测试发现, 水解液的酸度、各成分浓度的配比及微波作用时间对晶粒的结构和形貌均有重要影响本文对微波与 Ｈ_２ Ｐ Ｏ^－_４ 在形成针形纳米晶粒中的作用机制也作了阐述.     

分凝对Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-38%PbTiO3单晶的成分及介电、压电性能的影响

研究了用改进的Bridgman法生长的PMNT62/38单晶在其生长过程中的分凝现象,研究了分凝导致的成分不均匀及其对介电和压电性能的影响.XRFA分析表明,PMNT62/38单晶底部的PbTiO3(PT)含量为x=35.2mol％,而顶部的PT含量为43mol％.底部晶体(001),(110)和(111)三种切型的晶片加电场极化后,其介电和压电性能出现了异常的现象.(110)切型的压电模量最大,为1200pC/N;(111)次之,为789pC/N;(001)最低,为371pC/N.极化后的(110)和(111)晶片在室温、1kHz频率下的相对介电常数(两种切型的εr都在10000左右),约为(001)晶片(ε_r-5000)的1倍,并且介电常数在低温端有上升的趋势.     

A位复合铁电陶瓷Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3-BiCrO3的介电弛豫

采用固相反应法制备了A位复合铁电陶瓷(1-x)Bi_0.5(Na_0.82K_0.18)_0.5TiO₃-xBiCrO₃(BNKT-BCx). 研究了该陶瓷在室温至500℃温度范围内的介电性能. 结果表明该陶瓷的介电温谱存在两个介电反常峰和一个介电损耗峰, 低温介电反常峰温度附近具有明显的介电常数频率依赖性, 但居里峰随频率增加基本不变, 与典型弛豫铁电体的特征不同. 将弛豫铁电体分为本征弛豫和非本征弛豫铁电体, 通过分析极化前和极化后陶瓷的介电温谱, 发现该体系低温介电反常峰温度附近的介电频率依赖性为空间电荷和缺陷偶极子极化引起的非本征弛豫.     

Pt/YSZ氧传感器的电极电阻和响应特性

应用两电极直流极化法测定了氧传感器在380～800℃中的Pt,空气／YSZ电极电阻,从交流低频阻抗测量外推法测得YSZ的体电阻,可以将YSZ的直流极化从电极的过电位中区分出来．Pt,空气｜（ZrO2）_0．93（Y₂O₃）_0．07｜空气,Pt,电池的直流极化1gI-η作图得出,电极电荷传递系数为2．YSZ体电阻、Pt,空气／YSZ电极电阻和电极交换电流对温度的Arrhenius图,在600℃和570℃附近存在着类似的活化能变化．测量表明;700℃时,氧传感器的测量响应时间≤2．5s．     

燃烧条件对自蔓延高温合成Al2O3/AlB12复相陶瓷粉体特性的影响

以铝、B₂O₃为原料,利用自蔓延高温合成（SHS）制备了Al₂O₃／AlB₁₂复相陶瓷粉体,研究了燃烧条件对粉体特性的影响．结果发现,经球磨处理后,复相陶瓷粉体中Al₂O₃的平均粒径为3～4μm,AlB₁₂的粒度为亚微米级．粉体的比表面积为～1m²／g．燃烧过程中B₂O₃易于挥发,并在合成产物的表层生成B₂O₃和9Al₂O₃·2B₂O₃副产物相．在较低压力的氩气中进行合成,可以减少副产物相,获得纯度较高的复相陶瓷．与实际测量的燃烧温度对比发现,按照化学反应式13Al＋6B₂O₃＝6Al₂O₃＋AlB₁₂,通过热力学计算得到的绝热燃烧温度明显偏高．