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PZT体系铁电陶瓷材料的掺杂改性研究

作　者: 张兰兰
导　师: 孙大志
学　校: 上海师范大学
专　业: 应用化学
关键词: PMS-PZT PFN-PZT 介电性质体电导率紫外光谱红外光谱
分类号: TM282
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

锆钛酸铅(Pb(Zrx,Ti1-x)O3,简称PZT)陶瓷是反铁电体PbZrO3和铁电体PbTiO3的二元固溶体,是典型的具有钙钛矿结构的铁电晶体,在锆钛比95/5附近具有铁电高温菱方相和低温菱方相的转变。它具有高的剩余极化强度,快的反应速度,高的居里点,并且抗辐射性能也很强,在信息的检测、转换、处理和储存等技术领域占有极其重要的地位,因此受到广泛关注。本文以PZT的B位复合型介质陶瓷材料Pb[Zr0.85(Mn1/3Sb2/3)0.05Ti0.10]O3(简称PMS-PZT)和Pb(Zr0.925Fe0.025Nb0.025Ti0.025)O3(简称PFN-PZT)为研究对象,采用传统固相法制备了掺杂Sr2+、MnO2的PMS-PZT铁电陶瓷和掺杂了CeO2、Dy3+的PFN-PZT的铁电陶瓷材料。利用掺杂产生不同种类的缺陷,改变原子在平衡位置分布的有序化程度。通过测定材料的介电性能、电导性能、X射线衍射光谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱及紫外-可见吸收光谱,研究了A、B位掺杂对陶瓷材料结构和性能的影响,并对其机理进行了初步探讨。通过对材料光谱性能和铁电性能的测试,探讨了掺杂对钛氧八面体畸变及体电导率的影响。研究发现随着元素掺杂量的变化及离子半径、电负性的变化,红外光谱及紫外吸收光谱均呈现有规律的变化。掺杂离子的半径和电负性的变化也会影响到紫外光谱吸收边的位置。此外,通过对XRD的分析,证明了掺杂后的样品的相结构没有明显变化,只是随着掺杂离子的不同,会出现三方相和四方相共存的现象,而且粒径会有不同的变化。粒径的变化与SEM的测试结果一致。利用掺杂Sr2+和CeO2制备的PZT95/5铁电材料在室温下有较低的介电常数和介电损耗;掺杂Dy3+的铁电材料电阻率下降。这在实际应用中具有重要意义。另外,本文讨论了影响铁电材料介电性质和电导性质的因素,为今后制备较低介电损耗、介电常数以及体电导率的铁电陶瓷材料提供了参考。并且,本文将铁电材料的微观结构与其光学性质结合起来研究,探讨了材料的微观结构与光学性能的作用机理。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 晶体的铁电性  9-15
  1.3 锆钛酸铅铁电陶瓷的介绍  15-17
  1.4 课题的研究意义和内容  17-19
第二章样品制备及表征  19-25
  2.1 引言  19
  2.2 样品的制备  19-21
  2.3 材料宏观性能的测试  21-22
  2.4 材料微观性能的测试  22-25
第三章 PZT 体系掺杂的物理性质研究  25-40
  3.1 引言  25-26
  3.2 掺杂Sr~(2+)、MnO_2  26-33
  3.3 掺杂Dy~(3+)、CeO_2  33-39
  3.4 小结  39-40
第四章 PZT 体系掺杂的光学性质研究  40-61
  4.1 引言  40
  4.2 实验结果与分析  40-59
  4.3 小结  59-61
第五章结论与展望  61-63
  5.1 结论  61-62
  5.2 对今后工作的展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-70
附录：攻读硕士期间发表的论文  70

PZT体系铁电陶瓷材料的掺杂改性研究

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