鋯酸鉛基反鐵電薄膜的制備與儲(chǔ)能性能研究.pdf

1、脈沖高功率技術(shù)是當(dāng)今高新技術(shù)的重要發(fā)展方向，儲(chǔ)能電容器作為脈沖高功率電源的關(guān)鍵元件，在整個(gè)設(shè)備中占有很大的比重，是極為重要的關(guān)鍵部件。反鐵電材料因具有很高的理論儲(chǔ)能密度，特別適合用于制作脈沖高功率儲(chǔ)能電容器，近年來引起了研究者的關(guān)注。PbZrO3(PZ)是一種典型的鈣鈦礦反鐵電材料，是最有前景的脈沖高功率電源用新型反鐵電儲(chǔ)能介質(zhì)材料。但是，目前實(shí)驗(yàn)制備的PZ反鐵電薄膜的能量存儲(chǔ)密度較低，不能滿足實(shí)際應(yīng)用。因此，進(jìn)一步提高PZ反鐵電薄膜的

2、能量存儲(chǔ)密度是實(shí)現(xiàn)其在脈沖高功率電源的應(yīng)用的首要任務(wù)。本論文圍繞改進(jìn)PZ反鐵電薄膜的儲(chǔ)能性能來展開研究工作。主要研究工作與結(jié)果如下：
　　1.單一PZ反鐵電薄膜的制備及儲(chǔ)能性能分析
　　采用溶膠-凝膠法在Pt(111)/Ti/SiO2/Si襯底上制備了PZ反鐵電薄膜，探索了薄膜生長(zhǎng)的最佳退火溫度和退火時(shí)間，并表征了其微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在700℃下退火20min時(shí)，PZ薄膜性能最好，在最大500kV/cm外加電

3、場(chǎng)下，其最大極化強(qiáng)度(Pmax)和最大儲(chǔ)能密度分別為70.3μC/cm2和13.52J/cm3。
　　2.不同結(jié)構(gòu)的PZ/BT-BMT復(fù)合薄膜的制備及儲(chǔ)能性能分析
　　將PZ反鐵電薄膜和具有高介電常數(shù)、高耐電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度的0.88BaTiO3-0.12Bi(Mg0.5,Ti0.5)O3(BT-BMT)鐵電薄膜結(jié)合在一起形成不同結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜，分別研究了疊層結(jié)構(gòu)、夾心結(jié)構(gòu)、交錯(cuò)結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜的微結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能。對(duì)于疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜

4、，最大電場(chǎng)下的Pmax為90.9μC/cm2，最大儲(chǔ)能密度為15.3J/cm3；對(duì)于夾心結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜，最大電場(chǎng)下的Pmax為92.2μC/cm2，最大儲(chǔ)能密度為19.9J/cm3；對(duì)于交錯(cuò)結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜，最大電場(chǎng)下的Pmax為95.7μC/cm2，最大儲(chǔ)能密度為24.7J/cm3。以上結(jié)果表明，采用與BT-BMT鐵電薄膜復(fù)合的方法能有效提高PZ反鐵電薄膜的儲(chǔ)能密度。
　　3.PZ/BT-BMT復(fù)合薄膜退火工藝的改進(jìn)及儲(chǔ)能性能分析