致密PZT95/5铁电陶瓷低温相结构与电性能研究

采用固相法制备了致密PZT95/5铁电陶瓷, 研究了低温下致密PZT95/5铁电陶瓷相结构和电性能的变化规律。变温X射线衍射(XRD)研究表明, 低温(-60℃)下极化和未极化致密PZT95/5铁电陶瓷相结构保持不变。电性能研究表明随着温度从30℃下降至-60℃, 致密PZT95/5铁电陶瓷的相对介电常数从278显著下降至173, 而电阻率和剩余极化强度基本保持不变。结合冲击波载荷下动态放电模拟分析, 发现相对介电常数的降低将引起动态电场增大至常温下的1.5倍, 这可能是导致致密PZT95/5铁电陶瓷低温下击穿概率显著增大的关键因素。     

铟掺杂PZT铁电陶瓷性能研究

采用传统固相烧结法制备In2O3掺杂的锆钛酸铅(PZT)铁电陶瓷,研究了In2O3掺杂量对PZT铁电陶瓷材料的相组成、微观结构、介电性能、压电性能及铁电性能的影响。研究结果表明,随着In2O3掺杂量的增加,PZT材料在准同型相界处三方相增加四方相减少,适量掺入In2O3有利于晶粒均匀生长。在不同的铟掺杂剂量下,PZT陶瓷材料分别具有最佳的铁电及压电性能。当铟掺杂量为0.1%(质量分数)时,PZT材料具有最佳的铁电性能,其剩余极化强度为23.43μC/cm2,矫顽场为9.783kV/cm。当铟掺杂量为0.3%(质量分数)时,PZT材料具有最好的压电性能,其tanδ=0.023,d33=540pC/N,εr=1513,Kp=0.764,Qm=1819。     

PZT95／5铁电陶瓷的声速及力学参数研究

本文研究了高密度PZT95／5陶瓷的声速及基本力学参数。与低密度陶瓷的研究结果对比，显示陶瓷的制备方法对陶瓷的声速影响较大：随密度增加，陶瓷的声速线性增加。极化方向对陶瓷的声速也有影响，声波方向平行于极化方向的陶瓷纵波声速最大，横波声速最小。     

Sol-gel法制备Pb(Zr0.53Ti0.47)O3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/cm2、158kV/cm.     

镧掺杂对PZT铁电薄膜漏电学特性的影响

研究了镧掺杂对PZT铁电性能和相结构的影响。研究表明镧掺杂增加了(110)和(200)峰的强度,减小了(111)峰的相对强度,导致矫顽场和极化强度的下降。研究了镧掺杂对漏电特性的影响,以及肖特基势垒电流模型。     

电极对PZT铁电薄膜的微观结构和电性能的影响

采用溶胶—凝胶(sol—gel)工艺分别在Pt／Ti／SiO2／Si和LNO／Si电极上制备Pb(Zr0．53，Ti0．47)O3(PZT)铁电薄膜。研究了不同电极材料对PZT铁电薄膜的微结构及电性能的影响。(100)择优取向的PZT／LNO薄膜的介电性能和铁电性能较(111)／(100)取向的PZT／Pt薄膜略有下降，但在抗疲劳特性和漏电流特性方面都有了很大提高。PZT／LNO薄膜10m次极化反转后剩余极化几乎保持未变，直至10^12次反转后，剩余极化仅下降了17％。     

沉积在Pt电极上的铁电PZT薄膜特性

研究了射频磁控溅射沉积在Pt电极上的Pb（Zr0．53Ti0．47）O3薄膜特性。经过不同温度退火处理后得到了钙钛矿结构的PZT薄膜。在对其结构的形成和变化进行研究的基础上，探讨了薄膜PZT相的形成机理。其电性能的测试表明，这种铁电PZT（53／47）薄膜具有较好的铁电性能和疲劳特性。在600℃下PZT薄膜的剩余极化强度Pr为24．8μC／cm2，矫顽场强度Ec为70kV／cm。210kV／cm的电场下，疲劳循环直到4×108次时，最大极化强度仍有20．6μC／cm2，降低了约34％，其剩余极化强度保持为10μC／cm2左右。     

PZT 95/5-2Nb铁电陶瓷脉冲换能电输出

讨论了PZT 95/5-2Nb铁电陶瓷在冲击波压缩下的释放电性能,并利用PZT 95/5-2Nb铁电陶瓷设计了三种脉冲电源,分别实现了恒定电流、台阶电流和恒定电压等不同条件的电能输出.实验结果表明,PZT 95/5-2Nb铁电陶瓷可适用于多种性能的脉冲能源,具有电流输出幅值和波形易于控制,电流脉冲上升前沿陡,电源体积小等特点,具有广阔的应用前景.     

PZT95/5铁电陶瓷的掺杂改性研究

采用固相烧结法制备锆钛酸铅95/5(PZT95/5)材料,以“相同化合价,不同原子半径;相近原子半径,不同化合价”的原则,选择了碱金属族、碱土金属族元素的碳酸盐以及Fe₂O₃、SiO₂、Nb₂O₅、WO₃等作为掺杂物分别对其进行掺杂改性.研究了掺杂对材料介电性能、极化性能和低温-高温铁电相的相变温度的影响.发现受主掺杂使得材料的介电常数降低,施主掺杂使得材料的介电常数提高;剩余极化随着掺杂离子的化合价增大而增大;制备得到了低温-高温铁电相相变在15℃的铁电材料,在实际应用上有重要意义.     

高通量自清洁多孔PZT压电陶瓷膜的制备

以PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3(PZT)压电陶瓷粉体为原料,淀粉为造孔剂,通过干压成型法制备多孔PZT压电陶瓷膜,考察了造孔剂含量对多孔PZT压电陶瓷膜微结构及压电性能的影响.结果表明,随着造孔剂含量的增加,陶瓷膜的孔隙率和纯水渗透率逐步增加,而机械强度和压电性能逐步降低.当加入质量分数2.5%的造孔剂时,多孔陶瓷膜纯水渗透率为2 250 L/(m~2·h·MPa),最可几孔径为0.5μm左右,极化后可产生振幅为42 mV的振动信号.将此条件下制备得到的多孔PZT压电陶瓷膜在含油乳化液中进行过滤实验,发现陶瓷膜无超声作用时,其通量迅速衰减至初始通量的37%.而在原位超声作用下,陶瓷膜通量衰减缓慢,并且稳定在55%左右,表明PZT压电陶瓷膜产生的超声起到了抗污染的效果.     

多孔PZT95/5铁电陶瓷材料研究进展

基于铁电材料冲击波去极化效应的高功率脉冲电源在国防和高新技术领域具有重要应用。PZT95/5铁电陶瓷是目前铁电体高功率脉冲电源应用的理想材料。近年来, 多孔PZT95/5铁电陶瓷被发现具有更优异的综合性能而引起广泛关注。本文概述了多孔PZT95/5铁电陶瓷在微结构与性能调控、冲击波加载下的响应行为以及抗冲击损伤机制等方面的最新进展。研究发现, 具有合适气孔率和气孔分布的多孔PZT95/5铁电陶瓷具有优异的抗冲击损伤和耐电击穿性能; 多孔脆性材料中破碎介质的“滑移与转动”变形机制增强了材料的塑性变形, 从而提高了多孔材料的抗冲击损伤性能。最后, 简要介绍了BNT基无铅铁电陶瓷以及PIN-PMN铁电单晶在高功率脉冲电源方面应用的研究进展, 并对未来研究工作提出展望。     

复合掺杂BCZT陶瓷的介电弛豫行为研究

采用固相法制备了Ba_0.9175Ca_0.08Nd_0.0025(Zr_0.18Ti_0.8175-xY_xMn_0.0025)O₃ (BCZT-Y, x=0、0.5mol%、0.75mol%、1.0mol%、 1.5mol% 、2.0mol%)铁电陶瓷, 研究了不同Y³⁺掺杂量对该铁电陶瓷结构与介电性能的影响。结果表明: 随着Y³⁺掺杂量增加, Y³⁺进入晶格, BCZT-Y陶瓷的密度从4.029 g/cm³增加到6.058 g/cm³; 同时介电峰压低并展宽, 居里温度向低温方向移动, 表现出明显的铁电体弛豫特征, 采用Lorenz型公式对该实验结果进行拟合验证,发现随着Y³⁺掺杂量增加, 电滞回线变窄变斜、回线面积大幅减小, 剩余极化强度和矫顽电场降低。     

Characterization and microstructure of porous lead zirconate titanate ceramics

Porous lead zirconate titanate (PZT) ceramics are widely used because of their low acoustic impedance, high figure of merit and high hydrostatic sensitivity. In the present work, porous PZT ceramics were fabricated by incorporating polyethylene oxide (PEO) as pore-forming agent. Both PZT powder and PEO were mixed with a binder at different ratios and compaction was carried out. The samples were slowly heated to remove the pore-forming agent and binder without cracks, followed by controlled sintering and electrode forming. Samples were poled using corona poling technique. The ferroelectric properties and microstructure of the prepared ceramics were characterized. The correlation of porosity with microstructure and ferroelectric properties were discussed.     

CaxSr1-xBi2Nb2O9无铅压电陶瓷制备及其高温稳定性研究

采用传统固相法制备了Ca_xSr_1-xBi₂Nb₂O₉ (x=0、0.10、0.25、0.40)无铅压电陶瓷, 研究了Ca²⁺掺杂量对其微观结构、电学性能及其高温稳定性的影响。掺入Ca²⁺并未改变SrBi₂Nb₂O₉陶瓷的晶体结构; 随着Ca²⁺掺杂量的增加, 陶瓷晶粒由片状向长条状转变; 陶瓷的矫顽场(E_c)下降, 剩余极化强度(P_r)先增大后减小; 陶瓷的居里温度由450℃升高到672℃。当x=0.10时, 陶瓷具有较好的综合性能: 2P_r=14.8 μC/cm², d₃₃=22 pC/N, T_c=488℃; 当退火温度达到400℃时, 压电常数d₃₃仍达到20 pC/N, 说明该材料具有较好的温度稳定性, 可以在400℃的高温环境中应用。     

Drying temperature effects on microstructure, electrical properties and electro-optic coefficients of sol-gel derived PZT thin films

Transparent lead zirconium titanate (PZT) thin film is suitable for a variety of electro-optic application, and the increasing of the electro-optic coefficient of PZT film is one of the important factors for this application. In this study, the main processing variable for improving an electro-optic coefficient was the drying temperature: 300, 350, 450 and 500°C in sol-gel derived PZT thin films. The highest linear electro-optic coefficient (1.65×10⁻¹⁰ (m/V)) was observed in PZT film dried at 450°C. The PZT film showed the highest perovskite content, polarization (P_max=49.58 μC/cm², P_r=24.8 μC/cm²) and dielectric constant (532). A new two-beam polarization (TBP) interferometer with a reflection configuration was used for electro-optic testing of PZT thin films which allows measurement of the linear electro-optic coefficient of thin film with strong Fabry–Perot (FP) effect usually present in PZT thin film.     

Ferroelectric, dielectric and piezoelectric properties of potassium lanthanum bismuth titanate K0.5La0.5Bi4Ti4O15 ceramics

The Aurivillius type bismuth layer-structured compound potassium lanthanum bismuth titanate (K_0.5La_0.5Bi₄Ti₄O₁₅) is synthesized using conventional solid-state processing. The phase analysis is performed by X-ray diffraction (XRD) and the microstructural morphology is conducted by scanning electron microscopy (SEM). The ferroelectric, dielectric and piezoelectric properties of K_0.5La_0.5Bi₄Ti₄O₁₅ (KLBT) ceramics are investigated in detail. The remnant polarization (P_r) and coercive field (E_c) are found to be 8.6 μC cm⁻² and 60 kV cm⁻¹, respectively. The Curie temperature T_c and piezoelectric coefficient d₃₃ are 413 °C and 18 pC N⁻¹, respectively.     

(1-x)K0.48Na0.52NbO3-xBi0.45Nd0.05(Na0.92Li0.08)0.5ZrO3无铅压电陶瓷相结构及压电性能

为了在获得较高压电性能的同时又不大大降低陶瓷的居里温度(T_C), 设计和制备了Bi_0.45Nd_0.05(Na_0.92Li_0.08)_0.5ZrO₃改性的K_0.48Na_0.52NbO₃系无铅压电陶瓷((1-x)KNN-xBNNLZ), 研究了BNNLZ含量对KNN基无铅压电陶瓷相结构和电学性能的影响。研究结果表明, 所有陶瓷样品均具有较高的居里温度T_C(>300℃)。随着BNNLZ含量的增加, 陶瓷的正交-四方相变温度(T_O-T)不断向低温方向移动, 而三方-正交相变温度(T_R-O)不断向高温方向移动, 最终在陶瓷中形成了三方-四方(R-T)共存相, R-T共存相处于0.05<x<0.07范围。BNNLZ的加入引起陶瓷相结构的演化改变导致压电常数(d₃₃ )、介电常数(ε_r )、剩余极化强度 (P_r )和机电耦合系数(k_p )都先增大后减小, 当x=0.06时陶瓷具有最佳压电性能: d₃₃=313 pC/N, k_p=42%, P_r=25.48 μC/cm², ε_r=1353, tanδ=2.5%, T_C=327℃。     

Reduction of film thickness for chemical solution deposited PbZr0.3Ti0.7O3 thin films revealing no size effects and maintaining high remanent polarization and low coercive field

Polycrystalline Pb(Zr_0.3,Ti_0.7)O₃ (PZT) thin films were prepared on platinized silicon wafers by chemical solution deposition (CSD) with thicknesses down to 30 nm. Electrical measurements with the superior ferroelectric properties of high remanent polarization (P_r) and low coercive field (E_c) will be presented for thicknesses down to 50 nm. In order to decrease the thickness of electrically dense PZT thin films by the CSD method experiments have been performed by using different degrees of dilutions of the precursor stock solutions, i.e. instead of diluting the PZT stock solution with 2-butoxyethanol in the standard ratio of 1:1 before the spin-on process, the dilution is increased stepwise to a ratio of 1:4. In addition the films have been annealed in nitrogen atmosphere instead of the typical oxygen atmosphere which has been shown to strongly improve a preferential (111) orientation of the PZT film [G. J. Norga, L. Fe, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 655, CC9.1.1 (2001)]. The approach of Norga et al. is confirmed and complemented by means of electrical hysteresis measurements.