PZT/PVDF体系压电复合材料的介电和压电性能研究

采用复合材料热压工艺,制备了0-3型PZT/PVDF(钛锆酸铅/聚偏二氟乙烯)压电复合材料。系统地研究了PZT体积分数对材料介电、压电性能的影响,并与Furukawa等人的理论预测进行了对比。结果显示在PZT体积分数为70％时,获得了性能优良的压电复合材料。在压电陶瓷高含量区,部分压电陶瓷颗粒相互联接,形成了类似0-3(1-3)型连通形式,获得了压电和介电性能优良的压电复合材料。     

掺杂改性对锆钛酸钡陶瓷弥散性铁电相变的研究进展

锆钛酸钡基陶瓷在室温附近具有较高的介电常数,而且在还原气氛和高温直流场中其介电性能也较为稳定,由于具有良好的介电、压电、铁电、热释力、光电及非线性光学等特征,铁电材料在微电子学、光电子学、集成光学和微电子机械系统等领域具有广泛的应用前景。本文综述了如何制得锆钛酸钡基陶瓷以及通过CuO掺杂、Nb~(5+)掺杂、稀土元素离子掺杂、Y~(3+)掺杂、Cd~(2+)掺杂以及改变Er含量,制备具有弥散性铁电相变的锆钛酸钡陶瓷试样,分析掺杂改性对弥散性铁电相变的影响。     

底电极原位退火与沉积温度对PZT薄膜性能影响研究

采用磁控溅射工艺,在Pt/Ti底电极上沉积锆钛酸铅(PZT)薄膜,研究了原位退火温度与底电极沉积温度对溅射PZT薄膜结晶取向、微观结构、介电性能、铁电性能及疲劳性能的影响。X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明,随着电极沉积温度升高,Pt晶粒尺寸增大,随着退火温度升高,PZT薄膜致密性变差。对室温制备的Pt/Ti底电极进行200 ℃原位退火30 min后,易于促进PZT薄膜沿(100)择优取向,而高温制备或经高温退火处理的Pt/Ti底电极更有利于PZT薄膜的(111)晶向生长。电学性能分析表明,室温制备的Pt/Ti底电极在经200 ℃原位退火30 min后,其PZT薄膜介电性能最优,同时展现较高的剩余极化强度和最小的矫顽场强,经历10⁸次极化翻转后,初始极化下降仅为11％。     

马来酸酐三元共聚物的制备及其复合材料的介电性能研究

以马来酸酐、乙酸乙烯酯和丙烯酸为单体,采用沉淀聚合法合成马来酸酐-乙酸乙烯酯-丙烯酸三元共聚物。将共聚物与锆钛酸铅(PZT)粉末热压共混,制备出系列高介电性的陶瓷/聚合物复合材料。通过对PZT/聚合物复合材料进行介电性能分析,结果表明复合材料的介电常数随PZT含量的增加而增加,介电损耗随PZT含量增加而减少。与不含丙烯酸的马来酸酐-乙酸乙烯酯二元共聚物/PZT复合材料相比,介电常数提高1倍左右,表现出超高的介电性能。高含量马来酸酐三元共聚物的采用有利于提高复合材料的介电性能。     

A位掺杂对BF-PZT压电陶瓷性能的影响

采用XRD分析了固相法制备0.10BF-0.90PZT压电陶瓷不同锆钛比的相结构,并研究了A位掺杂量对体系介电、压电性能的影响。研究表明:体系的相结构均为单一的钙钛矿结构;随着锆钛比的降低,体系的相结构由三方相向四方相转变,且体系的准同型相界位于锆钛比为1.24附近;在锆钛比为1.24组分中A位掺杂量为0.16时,介电和压电性能达到最佳值,即:相对介电常数(ε_(33)~T/ε_0)为4118、机电耦合系数(kp)为0.85、压电常数(d33)为803 pC/N、介电损耗(tanδ)为2.21%、机械品质因子(Qm)为49.8;居里温度(Tc)为214℃且掺杂浓度达到饱和;并发现该体系具有典型的介电弛豫特性。     

阻尼赋予剂对丁苯橡胶/再生橡胶并用胶性能的影响

研究阻尼赋予剂[锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)、石墨、氧化锌晶须]对丁苯橡胶/再生橡胶并用胶性能的影响,胶料阻尼性能在振动仿真试验机上测试。结果表明:当振动频率为10Hz时,胶料的阻尼性能稳定;随着振动时间延长,添加不同阻尼赋予剂的胶料阻尼性能均有不同程度降低;添加阻尼赋予剂的胶料阻尼性能、加工安全性能和物理性能均有所提高;PZT胶料的阻尼性能最好,PZT的用量以3份为宜。     

Li2CO3掺杂对0.2PMN-0.8PZT陶瓷的影响

利用铌铁矿预产物合成法,研究不同温度烧结下Li2CO3掺杂对0.2 PMN-0.8PZT压电陶瓷(简称PLC)的相结构和电性能的影响。X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)的分析结果表明,掺杂LiCO3的0.2PMN-0.8PZT压电陶瓷经不同温度煅烧后,所有陶瓷样品的相组成均为纯钙钛矿相,并随着烧结温度的升高,PLC的相结构有由四方相向菱方相转变的趋势。通过0.2PMN-0.8PZT压电陶瓷掺杂LiCO3煅烧后的微观形貌、介电常数、压电性能、铁电性能的分析,发现经1200℃烧结的样品的介电和压电性能最佳:介电常数(εr)为38512,室温压电常数(d33)为300 pC/N,剩余极化强度(Pr)为31.3 C/cm2,矫顽电场(Ec)为7.5 kV/cm。     

以溶胶-自燃烧法合成PZT为基制备PMZN压电陶瓷

以硝酸锆为锆源,采用溶胶-自燃烧法在700℃的热处理温度下合成出具有单一钙钛矿结构的PZT粉料.采用溶胶-自燃烧法合成的PZT为基料,在1050℃制备出PMZN陶瓷.采用XRD,SEM研究了PMZN陶瓷的结构,并测量了其介电性能和压电性能.结果表明:PMZN陶瓷为四方钙钛矿结构,其主要电学性能指标为:Kp为0.54,Qm为1073,tgδ小于或等于0.001,ε33=1236,d33=454pC/N,f s为136.1kHz.与以常规固相反应法合成PZT为基料的PMZN陶瓷相比,以溶胶-自燃烧法合成PZT为基料的PMZN陶瓷的烧结温度较低,而且综合电学性能更为优良.     

Pb用量对锆钛酸铅薄膜微观结构和铁电性能的影响

在Pt/Ti/SiO2/Si基片上,通过多次匀胶旋涂-预热处理工艺制备了PbTiO3(PT)无机薄层夹心的锆钛酸铅(lead zirconate titanate,PZT)薄膜,然后经650℃退火处理得到了所需的具有钙钛矿结构的PZT铁电薄膜.用X射线衍射、原子力显微镜表征了PZT铁电薄膜微观结构,并测试铁电性能.结果表明:制备PT层时的Pb用量对得到的PZT铁电薄膜的微观结构和铁电性能有重要影响.当Pb过量15%(摩尔分数)左右时,得到的PZT铁电薄膜不仅晶界清晰,晶粒尺寸分布均匀,具有纯钙钛矿结构,而且铁电性能优异,剩余极化强度Pr=21μC/cm2,矫顽场Ec=37kV/cm.     

Y~(3+)/Nb~(5+)共掺优化锆钛钡钙基无铅压电陶瓷的电学性能

采用固相反应法制备了具有钙钛矿相结构的(Ba_(0.85)Ca_(0.15-x)Y_x)(Zr_(0.10)Ti_(0.90-y)Nb_y)O3无铅压电陶瓷,研究了Y~(3+)/Nb~(5+)含量变化对锆钛钡钙基陶瓷电学性能的影响,结果表明:Y~(3+)/Nb~(5+)共掺可在锆钛钡钙陶瓷内部引起介电弛豫现象,驰豫因子随Y~(3+)/Nb~(5+)掺杂量的增加增大。压铁电性能表明Y~(3+)/Nb~(5+)共掺可小幅降低锆钛钡钙陶瓷的压铁电性能,原因是由于掺杂后在陶瓷内部引起成分起伏,减弱了陶瓷内部的自发极化程度减弱所致。此外,采用交流阻抗谱进一步揭示了Y~(3+)/Nb~(5+)掺杂后陶瓷的电学非均质结构。     

铌镁酸钡缓冲层对锆钛酸铅薄膜漏电流的抑制

将铌镁酸钡(Ba(Mg1/3Nb2/3)O3,BMN)作为缓冲层,通过溶胶-凝胶法制备了锆钛酸铅(Pb(Zr0.52Ti0.48)O3,PZT)铁电薄膜.探究BMN缓冲层对PZT铁电薄膜介电、铁电性能影响.研究发现:BMN缓冲层不仅可以改善PZT薄膜晶化生长,同时阻碍了PZT与Pt的互扩散而降低了漏电流.由于对漏电流的抑制作用,适当厚度BMN缓冲层的引入可改善PZT的铁电性能,但随着缓冲层厚度的增加,由于其分压作用,复合膜铁电性减弱.当厚度为10 nm时,薄膜的综合性能最好:介电常数εr=1612.03,介电损耗tanδ=0.024,剩余极化值Pr=31.65 μC/cm2,矫顽场Ec=71.5 kV/cm,漏电流密度J=4.4×10-6 A/cm2.     

不同纤维增强对PZT/PVA复合材料性能影响的研究

压电陶瓷复合材料较低的力学性能限制其应用。为进一度探究纤维种类及掺量对锆钛酸铅(PZT)/聚乙烯醇(PVA)复合材料性能影响规律,对不同纤维掺量下碳纤维/PZT/PVA、芳纶纤维/PZT/PVA复合材料开展电学及力学性能测试,分析纤维种类、掺量及PZT/PVA体积比对试件介电、压电性能及弯曲、拉伸性能的影响规律,并结合电镜扫描(SEM)分析纤维掺量对试件性能的影响。结果表明,少量的纤维掺量能够提高复合材料的电学性能,过量的纤维使得复合材料结构孔隙结构增加,介质常数和压电常数均减小,介质损耗增大。7%芳纶纤维/0.5PZT/0.5PVA、5%芳纶纤维/0.6PZT/0.4PVA、3%芳纶纤维/0.7PZT/0.3PVA复合材料的介电性能和压电性能较高。芳纶纤维掺量为9%时,芳纶纤维/0.5PZT/0.5PVA、芳纶纤维/0.6PZT/0.4PVA、芳纶纤维/0.7PZT/0.3PVA、芳纶纤维/0.8PZT/0.2PVA复合材料的弯曲强度分别提高了10.72%、14.49%、13.85%及16.78%,拉伸强度分别提高了24.04%、23.94%、27.00%和28.52%。纤维在试件内...     

X8R型BaTiO3基细晶陶瓷的制备、结构和性能

由于在-55~150 ℃存在正交-四方和四方-立方相变,相变对应的尖锐介电峰使BaTiO₃陶瓷介电性能难以满足X8R温度稳定性要求。本文采用50 nm的纳米BaTiO₃粉体和少量堇青石(MgO-Al₂O₃-SiO₂, MAS)玻璃,制备了满足X8R介电温度特性的BaTiO₃基细晶陶瓷。结果表明,随着MAS玻璃的加入,BaTiO₃基陶瓷的室温晶体结构从四方相转变成赝立方相,平均晶粒尺寸从纯BaTiO₃陶瓷的1.904 μm显著降低到添加0.5%(质量分数)MAS玻璃的BaTiO₃基陶瓷的183 nm。与此同时,BaTiO₃基陶瓷虽然介电常数有所下降,但是介电损耗和介电性能的温度稳定性大幅度改善。其中添加0.5%MAS玻璃的BaTiO₃基细晶陶瓷介电性能为:在1 kHz时室温介电常数为984,介电损耗为0.006 5,满足X8R温度特性要求。     

Yb_2O_3和Sm_2O_3复合掺杂对锆钛酸钡陶瓷介电性能的影响

以碳酸钡、二氧化锆、二氧化钛等为原料,以Sm_2O_3为掺杂剂和掺杂量为0.5mol%Y_2O_3的锆钛酸钡陶瓷材料为研究对象,采用传统固相法分别于1250℃、1280℃、1300℃、1330℃下制备了陶瓷样品,研究Sm_2O_3加入物对体系介电性能和微观形貌的影响。结果表明,Sm~(3+)掺杂后的陶瓷样品主晶相不变,均为钙钛矿结构;掺杂能起到改善介电常数与介电损耗的作用,随着Sm_2O_3掺杂量的增加,陶瓷样品的介电常数最高至6623.49,而介电损耗最低至0.0145;掺杂还可以改变BZT陶瓷的介电性能,居里温度向室温方向移动,当Sm_2O_3掺杂量x=0.005 mol时,陶瓷样品的介电性能最好。     

高d_(33)·g_(33)PZT压电陶瓷的制备

通过传统固相烧结方法,研究不同Sb2O3掺入量和有机粘合剂聚乙烯醇(PVA)掺入对锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷性能的影响,制备了高d33·g33PZT压电陶瓷。采用扫描电子显微镜,阻抗分析仪,压电参数分析手段,对PZT压电陶瓷的性能进行了测试,结果为:机电耦合系数Kp=63.5%,介电损耗tanδ=0.018,相对介电系数εr=2004,压电性能d33=512pC/N,g33=29×10-3Vm/N,d33·g33=14.62pC·Vm/N2。该材料可应用于多个领域。     

锆钛酸铅/银压电复合材料的烧结及其电学和力学性能

以锆钛酸铅(lead zirconate titanate,PZT)和纯银(silver,Ag)粉末为原料,分别在900 ℃和1 200 ℃用普通粉末烧结工艺制备了PZT/Ag复合材料.结果表明:在2个烧结温度下,Ag粉末均未氧化或与PZT相发生化学反应,而是以单质Ag弥散分布于PZT基体.尽管少量的Ag在900℃温度下明显促进了PZT陶瓷的烧结,但样品的显微结构还远不够致密.在Ag的体积分数为0～15 %的范围内,900 ℃烧结制备的PZT/Ag复合材料的介电常数εr随Ag含量增加而升高的速率明显快于1 200 ℃的相应结果,但是,其相应的剩余极化强度Pr和矫顽场Ec等铁电性能、压电常数d33以及断裂韧性Kc均明显低于1 200 ℃的相应结果.根据不同温度烧结PZT/Ag复合材料的显微结构特征解释了上述材料电学性能和力学性能的差异.研究表明:1 200 ℃是目前较为合适的烧结温度.     

锰锑酸铅-锌铌酸铅-锆钛酸铅陶瓷的铁电性能

通过电滞回线测试,探讨了xPb(Mn1/3Sb2/3)0.05(Zr1/2Ti1/2)0.95O3(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)0.28(Zr1/2Ti1/2)0.72O3[xPMnS-(1-x)PZN]陶瓷的铁电性能及铁电相变特性.同时研究了Ba2 取代Pb2 对材料铁电性能的影响.结果表明;三方相含量较高的0.2PMnS-0.8PZN陶瓷具有较高的矫顽场和较大的剩余极化强度;四方相含量较高的0.5PMnS-0.5PZN和0.6PMnS-0.4PZN陶瓷具有较低的矫顽场和较小的剩余极化强度,Ba2 取代使三方相含量增加,铁电性能明显提高.     

Ba0.64Sr0.36TiO3薄膜的介电与热释电性能的研究

应用溶胶-凝胶工艺在Pt/SiO2/Si(100)衬底上制备了Ba0.64Sr0.36TiO3薄膜,研究了薄膜的结构与电学性能.实验结果表明Ba0.64*Sr0.36TiO 3薄膜经700 ℃热处理1h,薄膜呈现出钙钛矿结构.当测试频率为200 Hz 时, 薄膜的介电常数和损耗因子分别为592和0.028.在40 ℃时,Ba0.64Sr0.36TiO 3薄膜存在一扩散铁电-顺电相变.在室温(25 ℃)、100 kHz条件下测试薄膜的C-V 特性得到一"蝶形"曲线,表明Ba0.64Sr0.36TiO3薄膜在室温下处于铁电相, 且当直流偏压从-5 V增至+5 V期间, 薄膜电容由495 pF增至1 108pF.热释电性能测试结果表明室温下Ba0.64Sr0.36TiO3薄膜的热释电系数为1 860μC/(m2*K), 材料的优值为37.4 μC/(m3*K), 这些结果表明应用溶胶-凝胶工艺制备的Ba0.64Sr0.36TiO3薄膜完全能满足红外探测器和热成像应用的需要.     

纯氧高气压溅射PZT铁电薄膜

用Pb(Zn0.55Ti0.45)O3烧结陶瓷作为靶材,在纯氧、高气压溅射条件下成功地原位沉积了锆钛酸铅(lead zirconate titanate,PZT)铁电薄膜。为了弥补靶材在烧结过程中Pb的挥发及溅射成膜过程中发生Pb的损失,以PbO计,加入了质量分数为5．0％的过量Pb3O4。实验发现：当最佳靶-基片距离一定时,n(Pb)／n(Zr Ti)成份偏析的比例随最佳靶-基片距离偏差的增加而降低。PZT铁电薄膜的X射线衍射分析表明,PZT铁电薄膜中存在PbO和钛锆固溶型氧化物,但无焦绿石相。PZT铁电薄膜的铁电性测量表明:剩余极化Px达到14．1μc／cm^2,矫顽电场Ec较小,Ec与Pb(Zr0.55Ti0.45)O2烧结陶瓷靶材的值相当,其电滞回线具有很好的对称性。     

PMMA/PZT复合材料的制备及电性能研究

采用有机物燃烧法制备了不同孔隙率多孔PZT陶瓷基体,在此基础上通过原位聚合法制备了PMMA/PZT压电复合材料。研究了复合材料的形貌与压电陶瓷体积含量对复合材料介电性能和压电性能的影响。结果表明,复合材料仍存在一定的孔隙率,随着PZT体积含量的增加,电性能参数呈非线性增加。当PZT体积含量为75%时,d33值达98 PC/N。