陶瓷的(de)晶體和(hé)晶粒結構、介電和(hé)壓電性能 研究背景

(1-x-y)BiFeO3-xPbFe0.5Nb0.5O3-yPbTiO3陶瓷的(de)晶體和(hé)晶粒結構、介電和(hé)壓電性能

研究背景

具有共存電、磁或彈性有序性的(de)多(duō)鐵性材料因其廣泛的(de)可(kě)能應用(yòng)，包括交變和(hé)磁場(chǎng)傳感器、存儲元件和(hé)自旋電子器件的(de)生産，目前是材料科學中研究最深入的(de)對(duì)象之一。铌鐵酸鉛是一種的(de)多(duō)鐵體，具有鈣钛礦型結構，具有一般的(de)化(huà)學式，在T_C~370 K時(shí)從順電（PE）到鐵電（FE）相的(de)擴散相變。FE和(hé)反鐵磁（AFM）有序僅在TN~120-150 K以下(xià)共存，其中TN是Neel溫度。铋鐵氧體BiFeO₃（BF）也(yě)是多(duō)鐵性的(de)，具有T_C~1103 K、TN~643 K和(hé)在[110]方向具有非公度擺線磁序的(de)G型反鐵磁性。這(zhè)兩種材料目前被認爲是許多(duō)磁電結構的(de)基礎。然而，它們廣泛使用(yòng)受到幾個(gè)因素的(de)限制。對(duì)于铋鐵氧體而言，在單相狀态下(xià)獲得(de)BF和(hé)鐵電疇重新定向所需的(de)*矯頑電場(chǎng)（EC）是很困難的(de)。此外，PFN和(hé)BF的(de)特點是，由于其結構中存在變價離子（Fe²⁺/Fe³⁺）和(hé)氧空位，電導率增加。然而，基于BF或PFN的(de)改性或固溶體的(de)産生使得(de)穩定結構和(hé)改善所獲得(de)陶瓷的(de)特性成爲可(kě)能。長(cháng)期以來(lái)，二進制系統基于多(duō)鐵性一直是人(rén)們積極研究的(de)課題，（1-x）BiFeO₃-xPbTiO₃體系受到了(le)廣泛關注。钛酸鉛PbTiO₃（PT）的(de)引入穩定了(le)鈣钛礦相，并在x~0附近形成了(le)一個(gè)晶型相界（MPB）。在該區(qū)域，（1-x）BFxPT系統顯示出相當高(gāo)的(de)壓電特性，但同時(shí)保持較高(gāo)的(de)導電性。在這(zhè)方面，近年來(lái)，通(tōng)過創建基于BF和(hé)PT的(de)三元系固溶體來(lái)獲得(de)新的(de)多(duō)鐵性材料受到了(le)相當大(dà)的(de)關注。最有希望的(de)體系之一是（1-x-y）BF-xPFNyPT三元體系，根據文獻數據和(hé)我們的(de)初步研究，其中存在具有共存的(de)菱形（Rh）和(hé)四方（T）相的(de)MPB。，具有MPB的(de)材料可(kě)以表現出的(de)性能，并改善所研究陶瓷的(de)電生理(lǐ)特性。之前發現在具有高(gāo)PFN濃度（成分(fēn)0.25BF-0.63PFN-0.12PT）的(de)相圖區(qū)域，該系統的(de)樣品表現出相對(duì)較高(gāo)的(de)壓電活性（高(gāo)達350 pC/N），并在相對(duì)較低的(de)矯頑場(chǎng)下(xià)表現出較高(gāo)的(de)剩餘極化(huà)值。在這(zhè)方面，重要的(de)是建立三元系（1-x-y）BF-xPFN-yPT樣品在高(gāo)PFN含量相圖區(qū)域的(de)結構、微觀結構、介電和(hé)壓電特性的(de)形成規律。

摘要亮點

準二元濃度段陶瓷(x=0.50, 0.1≤y≤0.2, Δy=0.025) 三元固溶體體系(1-x-y)BiFeO₃-xPbFe_0.5Nb_0.5O₃-yPbTiO₃是采用(yòng)常規固相反應法制備的(de)。利用(yòng)x射線衍射技術，構建了(le)該體系的(de)相圖，其中包括立方對(duì)稱區(qū)和(hé)四方對(duì)稱區(qū)，以及它們之間的(de)晶型相界。研究了(le)所選固溶體的(de)晶粒形貌、介電和(hé)壓電性能。獲得(de)了(le)最高(gāo)壓電系數d₃₃=260pc/N。陶瓷的(de)介電特性揭示了(le)鐵電弛豫行爲，即在350‑500K的(de)溫度範圍内，從順電相到鐵電相的(de)擴散相變區(qū)域。