PZT-CFO層狀電磁薄膜材料制備及其力電磁性能鼓包測試表征.pdf

1、多鐵材料是一類具有鐵電、鐵磁或磁電效應(yīng)等多種性能的多功能材料，在存儲器、傳感器、能量轉(zhuǎn)換、驅(qū)動器、光學器件以及微機電系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著應(yīng)用范圍不斷擴大，工作環(huán)境越來越復(fù)雜，當應(yīng)力與電磁同時作用時，電磁器件的性能以及使用可靠性會受到很大影響。此外多鐵材料在制備過程中會不可避免的產(chǎn)生孔洞、裂紋等缺陷，導(dǎo)致性能的降低或者失效。因此，研究力電磁之間的相互作用以及在力電磁多場耦合對多鐵材料性能的影響是十分必要的。本文完善了力電磁鼓

2、包測試裝置，發(fā)展了一種效率更高，性能更優(yōu)的鼓包薄膜制備方法，先后完成了Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)薄膜，CoFe2O4(CFO)薄膜以及Pb(Zr0.52Ti0.48)O3/CoFe2O4薄膜材料的力電磁耦合測試分析，具體研究內(nèi)容歸納如下：
　　(1)發(fā)展了一種以聯(lián)氨為腐蝕液的化學刻蝕法制備鼓包薄膜樣品。分別研究了聯(lián)胺、四甲基氫氧化銨、氫氧化鉀三種腐蝕液的刻蝕效果。聯(lián)氨溶液在溫度為90℃，濃度為64％時，腐蝕硅的

3、速率為0.53μm/min，速率較快。聯(lián)氨幾乎不與二氧化硅反應(yīng)，可以使用較薄的二氧化硅作為掩膜層。并且聯(lián)氨溶液價格低廉，配制簡單，可以重復(fù)利用。相比之下，四甲基氫氧化銨成本高，不易控制腐蝕速率；氫氧化鉀溶液腐蝕二氧化硅的速度快，二氧化硅不適合作為掩膜層。綜上所述，聯(lián)氨是一種比較理想的硅刻蝕腐蝕液。
　　(2)單相PZT、CFO薄膜材料的制備及鼓包測試表征。利用X射線衍射和掃描電鏡分別確定了用溶膠凝膠法制備的PZT薄膜和CFO薄膜微

4、觀結(jié)構(gòu)形貌，測試表明，薄膜表面平整，結(jié)構(gòu)致密，基本無雜相生成。PZT薄膜的鐵電性能和CFO薄膜的鐵磁性能良好。利用自主搭建的多功能鼓包測試儀器測試了PZT薄膜在不同油壓下的電滯回線及不同電場下的油壓撓度曲線。在油壓為0 KPa和最大值60 KPa時，PZT薄膜的剩余極化值分別為41.73μC/cm2和36.02μC/cm2，降低了13.6％；飽和極化值為64.04μC/cm2和56.42μC/cm2，降低了11.89％；矯頑電場為228

5、 KV/cm和256 KV/cm，增加了12.28％。保持油壓為35 KPa，直流電壓從0 V增加到20 V時，PZT薄膜的撓度從6.5μm增加到9μm，增加幅度為35.5％，彈性模量值隨著電壓的增加非線性增加，電場為0 V時彈性模量為50.9 GPa，5 V時模量突增到88.58 GPa，電壓繼續(xù)增大后，模量增幅下降，最大電壓20 V時，模量為60.71 GPa。
　　(3) PZT/CFO層狀復(fù)合薄膜的制備及力電，力磁鼓包測試

6、表征。利用X射線衍射和掃描電鏡確定了PZT/CFO層狀復(fù)合薄膜的微觀結(jié)構(gòu)形貌，測試表明，薄膜表面平整，晶粒大小均勻，層與層之間結(jié)合緊密，無雜相生成。PZT-CFO復(fù)合薄膜鐵電性能和鐵磁性能良好，同時由于界面效應(yīng)和CFO的低電阻特性，復(fù)合薄膜漏電流比較明顯。利用自主搭建的多功能鼓包測試儀器測試了PZT/CFO薄膜在不同油壓下的電滯回線，不同電場和不同磁場下的油壓撓度曲線。油壓為0 KPa和最大值60 KPa時，PZT/CFO的剩余極化強度

7、分別為19.19μC/cm2和17.14μC/cm2，下降了10.69％；飽和極化強度為26.14μC/cm2和22.21μC/cm2，下降了15.03％，矯頑場為433.85 KV/cm和507.69.0 KV/cm，增加了16.84％。保持油壓為46 KPa，電壓由0 V增加到30 V時，PZT/CFO薄膜的撓度單調(diào)減少，由16μm降低到11μm，變化量為-45.5％，彈性模量值分別為28.8 GPa和47.2 GPa。保持油壓為3