鈦酸鉛基鐵電陶瓷的高溫介電弛豫與儲能特性.pdf

1、鈦酸鉛(PbTiO3)屬于鈣鈦礦型鐵電體，其居里溫度為490℃，高于居里溫度的順電相空間點(diǎn)群為Pm3m，而低于居里溫度的鐵電相空間點(diǎn)群為P4mm。室溫時，鈦酸鉛的晶胞參數(shù)為:a=3.902(A)、c=4.156(A)，α=β=γ=90°，四方畸變度c/a約1.06，自發(fā)極化可達(dá)57μC/cm2。一般而言，通過摻雜或與其他結(jié)構(gòu)的物質(zhì)形成固溶體，可得到性能比純的鈦酸鉛更加優(yōu)異的材料。
　　本文首先對鈦酸鍶鉛陶瓷(Sr1-xPbxTiO

2、3，SPT)的高溫介電弛豫、介電調(diào)諧和鐵電性進(jìn)行了詳細(xì)的研究。隨鉛含量增加SPT陶瓷逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较嘟Y(jié)構(gòu)，且居里溫度逐漸增加。SPT陶瓷在高溫有介電弛豫現(xiàn)象，且其活化能約為1 eV，這是一個跟氧空位有關(guān)的介電弛豫現(xiàn)象。SPT的介電調(diào)諧特性表明，SPT是可被用于介電調(diào)諧器件的候選材料之一。SPT的電滯回線顯示出鐵電釘扎效應(yīng)，這是一個與氧空位有關(guān)的效應(yīng)，該效應(yīng)可通過增加電場強(qiáng)度、降低測試頻率、提高溫度或氧氣中退火處理來減弱。根據(jù)點(diǎn)缺陷的對稱

3、一致性原理提出了一個模型用于解釋SPT的釘扎效應(yīng)，而去釘扎效應(yīng)可用疇壁的移動速度表達(dá)式來解釋。
　　其次，研究了不同鑭含量的鈦酸鉛基陶瓷[(Pb1-xLax)Ti1-x/4O3，PLT]的高溫介電弛豫特性及鐵電儲能特性。結(jié)果表明，PLT陶瓷的高溫介電弛豫特性跟氧空位有關(guān)。隨著鑭含量的增加，陶瓷的居里溫度降低，室溫鐵電性也減弱，但儲能特性越來越好，其中鑭摻雜量為0.32的樣品儲能密度可達(dá)0.182 J/cm2，能量效率可達(dá)90％。由

4、此說明，PLT陶瓷可用于鐵電儲能。此外，PLT20的熱釋電系數(shù)可達(dá)300μC/m2K以上。
　　對于鑭和鎘同時摻雜的鈦酸鉛基陶瓷(Pb0.85Cd0.05La0.10)Ti0.975O3(PCdLT)，首先通過溶膠凝膠法合成其粉體，然后通過高溫固相法合成陶瓷。PCdLT在高溫表現(xiàn)出彌散介電異常和負(fù)溫度系數(shù)電阻行為。其彌散介電異常是介電極化與電導(dǎo)競爭所致，這也是一個跟氧空位有關(guān)的現(xiàn)象。負(fù)溫度系數(shù)電阻行為跟La3+替代Pb2+有關(guān)。通

5、過Arrhenius公式擬合可知，PCdLT在高溫存在兩個不同個極化機(jī)制。PCdLT優(yōu)異的熱電性能，表明其可用于熱電器件。
　　最后，詳細(xì)研究了LaNiO3(LNO)和LaNi0.5Mn0.5O3(LNM)緩沖層對雙鈣鈦礦薄膜BiNi0.5Mn0.5O3(BNM)的結(jié)構(gòu)與電性能影響。XRD結(jié)果表明BNM/LNM和BNM/LNO薄膜為P63cm空間群，在室溫都顯示鐵電性。對于Au/BNM/LNM/Pt來說，其漏電流密度與電場的曲線是