(Ba,Ca)TiO3相關(guān)材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、(Ba,Ca)TiO3有著獨(dú)特的介電、鐵電與壓電性，近年來受到廣泛關(guān)注。本論文系統(tǒng)研究了(Ba,Ca)TiO3相關(guān)體系陶瓷與薄膜的制備、結(jié)構(gòu)與性能，獲得如下主要結(jié)論。
　　(Ba,Ca)TiO3陶瓷相比于 BaTiO3具有更高的鐵電極化值、更大的介電強(qiáng)度、與更低的介電損耗。隨著Ca含量增加，居里溫度幾乎不變，BaTiO3中的兩個(gè)低溫相變向低溫方向移動(dòng)，四方相的溫度區(qū)間擴(kuò)大，四方相更穩(wěn)定。電子能量損失譜-掃描透射電鏡(EELS-ST

2、EM)分析表明，部分 Ca2+離子占據(jù)了 Ti4+離子位置。而高角環(huán)形暗場(chǎng)像-掃描透射電鏡(HADDF-STEM)以及環(huán)形明場(chǎng)像-掃描透射電鏡(ABF-STEM)分析表明，BaTiO3中氧八面體和Ti離子的反向位移在(Ba,Ca)TiO3中變?yōu)橥蛭灰疲⑶椅灰剖噶拷^對(duì)值增大，由偶極子微觀位移計(jì)算得到的局部極化值增強(qiáng)，這表明(Ba,Ca)TiO3中Ti-O偶極子與PbTiO3有結(jié)構(gòu)上的類似性。Ti離子和氧八面體位移矢量的增大，為(Ba,

3、Ca)TiO3中宏觀極化增強(qiáng)提供了微結(jié)構(gòu)證據(jù)。
　　(Ba,Ca)TiO3與 BiFeO3可形成固溶體，并存在菱方相和四方相兩相共存的多相界，這有利于提高多鐵性材料 BiFeO3的鐵電、壓電與鐵磁性能。室溫下，在 Bi0.7(Ba0.75Ca0.25)0.3Fe0.7Ti0.3O3成分中獲得了最大的鐵電剩余極化(Pr~43μC/cm2)、剩余磁化(0.07 emu/g,300K)以及最大的應(yīng)變(~0.2％)。在(Ba0.75Ca0

4、.25)TiO3-BiFeO3材料中鐵電、鐵磁、壓電性能的綜合提升表明，引入多相界是BiFeO3多鐵性材料改性的有效途徑。
　　采用脈沖激光濺射沉積法在(001)的 Nb:SrTiO3基板上制備了多層(Ba,Ca)TiO3-Ba(Zr,Ti)O3薄膜。通過調(diào)節(jié)層數(shù)，探究了界面對(duì)疇結(jié)構(gòu)及壓電效應(yīng)的影響。XRD和TEM結(jié)果顯示，多層薄膜第一層(Ba,Ca)TiO3沿(001)方向取向生長(zhǎng)，與基底Nb:SrTiO3有清楚的界面。隨著層數(shù)

5、增加，多層膜表面附近形成了多取向的孿晶疇結(jié)構(gòu)。所有薄膜都顯示出較強(qiáng)的面外極化分量，以及相對(duì)較弱的面內(nèi)極化強(qiáng)度。層數(shù)增加，面外的極化分量大大增強(qiáng)，疇翻轉(zhuǎn)特性增強(qiáng)。N=8的薄膜中顯示出最佳的疇結(jié)構(gòu)與飽和的局部壓電響應(yīng)回線。界面效應(yīng)和孿晶結(jié)構(gòu)在提高壓電響應(yīng)的增加起到重要的作用。
　　采用脈沖激光濺射沉積法在(001)的 Nb:SrTiO3基板上制備了300nm厚、高度外延的BaTiO3-(Ba,Ca)TiO3-CaTiO3成分梯度薄膜。

6、XRD表明多層薄膜沿c軸高度取向，且面內(nèi)有較大的晶格失配。壓電力顯微鏡研究表明，薄膜具有很大的面內(nèi)極化分量，面外極化分量比面內(nèi)弱。厚度比為2:1:1的樣品具有較大的面內(nèi)壓電力信號(hào)、較小的矯頑場(chǎng)。在BaTiO3-(Ba0.85Ca0.15)TiO3-CaTiO3厚度比2:1:1的三層薄膜中獲得了較大的面外介電常數(shù)~646和較低的損耗0.03(1MHz)，在400 kV/cm下獲得了較大的介電可調(diào)性~50%。面外介電可調(diào)性和介電性能，和壓電