鈦酸鋇壓電陶瓷的電疇結(jié)構(gòu)調(diào)控與壓電物性研究.pdf

1、壓電陶瓷在很多電子器件中有著很廣泛的應(yīng)用。目前占據(jù)著主要市場的鋯鈦酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)基壓電陶瓷，因其制備過程中需要采用到大量的含鉛原料，給人類生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重危害，很多研究人員都在不斷地探索能代替生產(chǎn)中含鉛類的壓電材料。BaTiO3陶瓷是一類重要的無鉛壓電材料，雖然長期以來普遍認(rèn)為其具有較低的壓電性能，近年來有研究者報(bào)道了通過不同的制備工藝可以提高其壓電性能。這也預(yù)示著，BaTiO3壓電陶瓷在今后的發(fā)展過程中會(huì)有很大的潛力。

2、
　　本論文通過傳統(tǒng)的固相反應(yīng)工藝制備出的BaTiO3陶瓷，并通過采用不同的原材料、通氧燒結(jié)、改變極化條件的方法對(duì)電疇結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，并探究了電疇結(jié)構(gòu)對(duì)壓電物性的影響。
　　一、研究中采用四種不同的原材料制備出四組鈦酸鋇陶瓷，獲得了兩種不同的晶粒尺寸效應(yīng)：一種在平均晶粒尺寸約1μm時(shí)達(dá)到最大d33值，另外一種d33最大值在g值大于50μm時(shí)得到。這一結(jié)果表明，鈦酸鋇陶瓷的壓電晶粒尺寸效應(yīng)可能不是唯一的。對(duì)于前一種壓電尺寸效應(yīng)，

3、當(dāng)g>1μm時(shí)，90°疇寬度隨著g的增加而變大，90°疇壁密度減小的同時(shí)，人字形電疇呈現(xiàn)出逐漸增多的趨勢(shì)，這導(dǎo)致了疇壁有效質(zhì)量的增加，從而導(dǎo)致了壓電活性的降低。對(duì)于后一種壓電晶粒尺寸效應(yīng)，隨著晶粒尺寸的增加，人字形電疇卻出現(xiàn)了逐漸減少的現(xiàn)象，減小疇壁的有效質(zhì)量，這可能是d33的增加的一個(gè)重要原因。
　　二、通過以上實(shí)驗(yàn)篩選可以制備出最高壓電性能的原材料后，將壓制成的樣品放在氧氣和空氣兩種環(huán)境氣氛的高溫煅燒爐中，在不同的溫度下煅燒，

4、制備出兩組不同的BaTiO3陶瓷。研究發(fā)現(xiàn)，在相同的晶粒尺寸下在通氧燒結(jié)后的BaTiO3陶瓷具有更高的d33值。此外，通氧燒結(jié)后的BaTiO3陶瓷的壓電性的最大值比在空氣下燒結(jié)的最大值向大晶粒方向偏移。我們推測導(dǎo)致這兩種不同現(xiàn)象的原因是在氧氣中燒結(jié)的樣品，其氧空位數(shù)相比空氣中燒結(jié)的樣品較少，缺陷對(duì)疇壁的釘扎作用會(huì)減弱，疇壁形貌的變化可能是導(dǎo)致壓電性能變化的主要原因，因此最大的壓電性出現(xiàn)在人字形電疇較少的樣品中。
　　三、采用通氧燒

5、結(jié)制備出的BaTiO3陶瓷樣品在極化溫度在40-135℃，極化電壓在2-5kV下極化30min。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，壓電性能在極化溫度高于80℃時(shí)呈現(xiàn)出較高的值，并且隨著極化電壓的升高而增大。我們推測在較高的極化溫度和較大的極化電壓下，陶瓷內(nèi)部缺陷逐漸減少。同時(shí)減少了空位離子對(duì)疇壁的移動(dòng)的釘扎作用，導(dǎo)致了壓電活性的增強(qiáng)。此外，在較高的極化溫度和較大的極化電壓下，陶瓷中180°電疇有很大的減少，這也會(huì)減小交變電場下對(duì)疇壁振動(dòng)的夾持效應(yīng)，也可能是導(dǎo)致