PLZT弛豫鐵電體的電卡效應(yīng)研究.pdf

1、電卡效應(yīng)制冷技術(shù)具有成本低、能量轉(zhuǎn)換率高、應(yīng)用尺寸小、工作可靠性較高且無環(huán)境污染等優(yōu)點，因而在小尺寸固態(tài)制冷器件領(lǐng)域極具發(fā)展前景?，F(xiàn)有的電卡材料存在許多不足：聚合物薄膜的電卡轉(zhuǎn)換效率較低，需要極高的外部電場來驅(qū)動；電卡納米薄膜的制備工藝成本較高，且薄膜的體積較小、制冷量較低；塊狀陶瓷材料的介電擊穿場強較低。以上的問題阻礙了電卡材料的實際生產(chǎn)應(yīng)用，亟待解決。
　　Pb1-xLax(ZryTi1-y)1-(x/4)O3弛豫鐵電體具有較

2、強的極性和較高的電卡轉(zhuǎn)換效率，在電卡效應(yīng)研究領(lǐng)域備受關(guān)注；然而此材料的介電擊穿場強較低，強電卡性能對應(yīng)的環(huán)境溫度較高，阻礙了其在電卡制冷工程中的應(yīng)用。為了解決以上問題，本課題首先采用傳統(tǒng)固相燒結(jié)法制備Pb(Zr0.65Ti0.35)O3(簡稱65/35PZT)陶瓷，研究了陶瓷相變對電卡性能的影響；在此基礎(chǔ)上，探討了9％La摻雜制備Pb0.91La0.09(Zr0.65Ti0.35)0.9775O3(簡稱9/65/35PLZT)陶瓷對材料

3、電卡性能的影響；最后，本課題還研究了熱壓燒結(jié)工藝對9/65/35PLZT陶瓷電卡性能的影響。
　　固相燒結(jié)法制備65/35PZT陶瓷材料表明：陶瓷的電卡效應(yīng)與其相變情況密切相關(guān)，但電卡系數(shù)峰值對應(yīng)的環(huán)境溫度比相變開始的溫度要高；電卡材料的絕熱溫變ΔT的峰值相對于等溫熵變ΔS的峰值會向高溫偏移。固相燒結(jié)65/35PZT陶瓷在75℃附近表現(xiàn)出最大的電卡效應(yīng)，即ΔE=100kV/cm時，ΔTmax1=-1.59K、ΔSmax1=12.6

4、0Jkg?1K?1，此時材料相應(yīng)電卡轉(zhuǎn)換效率為|ΔTmax1/ΔE|=1.59×10-7KmV-1、|ΔSmax1/ΔE|=1.26×10-6Jmkg-1K-1V-1。
　　固相燒結(jié)法制備9/65/35PLZT陶瓷表明：La摻雜會降低材料的鐵電性，并極大的降低鐵電-順電相的相變溫度；同時La3+離子的引入使陶瓷由常規(guī)鐵電體向弛豫鐵電體轉(zhuǎn)變，晶體的鐵電宏疇向微疇發(fā)展，并表現(xiàn)出相變彌散與極化弛豫現(xiàn)象。固相燒結(jié)樣品出現(xiàn)兩個電卡峰值，在低

5、溫情況下陶瓷在56℃附近表現(xiàn)出最大的電卡效應(yīng)，即ΔE=100kV/cm時，ΔTmax2-1=-1.55K、ΔSmax2-1=12.87Jkg-1K-1，此時電卡轉(zhuǎn)換效率為|ΔTmax2-1/ΔE|=1.55×10-7KmV-1，|ΔSmax2-1/ΔE|=1.287×10-6Jmkg-1K-1V-1。
　　熱壓燒結(jié)法制備9/65/35PLZT陶瓷表明：熱壓燒結(jié)有助于降低燒結(jié)溫度、縮短燒結(jié)時間、改善陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)并提高其致密度。熱壓

6、燒結(jié)使陶瓷的平均介電擊穿場強由139.5提高到225.2kV/cm，提升幅度為60%。在低溫情況下陶瓷在53℃附近表現(xiàn)出最大的電卡效應(yīng)，即ΔE=200kV/cm時，ΔTmax3-1=-3.58K，ΔSmax3-1=29.97Jkg-1K-1，其電卡性能相對于固相燒結(jié)樣品提高了1.3倍，材料相應(yīng)的電卡轉(zhuǎn)換效率為|ΔTmax3-1/ΔE|=1.79×10-7KmV-1、|ΔSmax3-1/ΔE|=1.499×10-6Jmkg-1K-1V-1