铌掺杂对(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5TiO3薄膜力学和电学性能的影响

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作者黄仁杰
来源湘潭大学
出版年2013
摘要
由于锆钛酸铅(PZT)中铅的挥发引起环境污染,人们一直寻找取代PZT的无铅铁电材料。钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3,NBT)是一种优良的无铅铁电材料。但是NBT有矫顽场高和漏电流大等缺点,制约了其优良性能的应用。因此,本文想通过掺杂来改善NBT薄膜的性能。首先研究A位掺钾的NBT薄膜并确定(Na(1-x)Kx)0.5Bi0.5TiO3(NKBT100x)薄膜的准同型相界(MPB)。接下来研究B位铌掺杂对NKBT15薄膜的影响。主要内容如下:1.用MOD法制备了钛酸铋钾(K0.5Bi0.5TiO3,KBT)含量分别为0.11、0.13、0.15、0.17、0.19的NKBT100x薄膜,对其相结构、表面形貌、铁电性能、压电性能和高温下介电性能进行了表征。NKBT100x薄膜的XRD图谱显示所有薄膜都是单一的钙钛矿相,并且钾含量在0.13-0.17之间的薄膜存在典型的两相共存。用多峰拟合法分析NKBT100x薄膜的掠入射XRD图谱后确定了其MPB处于x=0.13-0.17。NKBT17由于处于铁电畴高度一致取向的MPB区域和最大的晶粒尺寸展现出最好的压电性能。NKBT17薄膜由于成分不均匀和极性纳米微区(PNRs),呈现出弛豫铁电体典型的弥散相变特征。2.用MOD法制备了铌含量分别为0、0.01、0.03、0.05、0.07的NKBT15-N100x薄膜,并研究了其相结构、表面形貌、杨氏模量、硬度、残余应力、铁电性能、压电性能和漏电流。NKBT-3N薄膜有最好的结晶度,最小的弹性模量(102.0Gpa)、硬度(5.1GPa)、残余张应力(291MPa)和漏电流,以及最大的剩余极化强度和有效压电系数d33eff(140pm/V)。

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