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陶瓷的晶體和晶粒結(jié)構(gòu)、介電和壓電性能 研究背景

更新時間:2022-04-02  |  點(diǎn)擊率:1460
陶瓷的晶體和晶粒結(jié)構(gòu)、介電和壓電性能 研究背景

(1-x-y)BiFeO3-xPbFe0.5Nb0.5O3-yPbTiO3陶瓷的晶體和晶粒結(jié)構(gòu)、介電和壓電性能


研究背景

具有共存電、磁或彈性有序性的多鐵性材料因其廣泛的可能應(yīng)用,包括交變和磁場傳感器、存儲元件和自旋電子器件的生產(chǎn),目前是材料科學(xué)中研究最深入的對象之一。鈮鐵酸鉛是一種的多鐵體,具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu),具有一般的化學(xué)式,在TC~370 K時從順電(PE)到鐵電(FE)相的擴(kuò)散相變。FE和反鐵磁(AFM)有序僅在TN~120-150 K以下共存,其中TN是Neel溫度。鉍鐵氧體BiFeO3(BF)也是多鐵性的,具有TC~1103 K、TN~643 K和在[110]方向具有非公度擺線磁序的G型反鐵磁性。這兩種材料目前被認(rèn)為是許多磁電結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。然而,它們廣泛使用受到幾個因素的限制。對于鉍鐵氧體而言,在單相狀態(tài)下獲得BF和鐵電疇重新定向所需的*矯頑電場(EC)是很困難的。此外,PFN和BF的特點(diǎn)是,由于其結(jié)構(gòu)中存在變價離子(Fe2+/Fe3+)和氧空位,電導(dǎo)率增加。然而,基于BF或PFN的改性或固溶體的產(chǎn)生使得穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和改善所獲得陶瓷的特性成為可能。長期以來,二進(jìn)制系統(tǒng)基于多鐵性一直是人們積極研究的課題,(1-x)BiFeO3-xPbTiO3體系受到了廣泛關(guān)注。鈦酸鉛PbTiO3(PT)的引入穩(wěn)定了鈣鈦礦相,并在x~0附近形成了一個晶型相界(MPB)。在該區(qū)域,(1-x)BFxPT系統(tǒng)顯示出相當(dāng)高的壓電特性,但同時保持較高的導(dǎo)電性。在這方面,近年來,通過創(chuàng)建基于BF和PT的三元系固溶體來獲得新的多鐵性材料受到了相當(dāng)大的關(guān)注。最有希望的體系之一是(1-x-y)BF-xPFNyPT三元體系,根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和我們的初步研究,其中存在具有共存的菱形(Rh)和四方(T)相的MPB。,具有MPB的材料可以表現(xiàn)出的性能,并改善所研究陶瓷的電生理特性。之前發(fā)現(xiàn)在具有高PFN濃度(成分0.25BF-0.63PFN-0.12PT)的相圖區(qū)域,該系統(tǒng)的樣品表現(xiàn)出相對較高的壓電活性(高達(dá)350 pC/N),并在相對較低的矯頑場下表現(xiàn)出較高的剩余極化值。在這方面,重要的是建立三元系(1-x-y)BF-xPFN-yPT樣品在高PFN含量相圖區(qū)域的結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、介電和壓電特性的形成規(guī)律。


摘要亮點(diǎn)


準(zhǔn)二元濃度段陶瓷(x=0.50, 0.1≤y≤0.2, Δy=0.025) 三元固溶體體系(1-x-y)BiFeO3-xPbFe0.5Nb0.5O3-yPbTiO3是采用常規(guī)固相反應(yīng)法制備的。利用x射線衍射技術(shù),構(gòu)建了該體系的相圖,其中包括立方對稱區(qū)和四方對稱區(qū),以及它們之間的晶型相界。研究了所選固溶體的晶粒形貌、介電和壓電性能。獲得了最高壓電系數(shù)d33=260pc/N。陶瓷的介電特性揭示了鐵電弛豫行為,即在350?500K的溫度范圍內(nèi),從順電相到鐵電相的擴(kuò)散相變區(qū)域。


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