锆酸铅基反铁电薄膜的制备与储能性能研究

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1、学校代号10530学号201110081285分类号TB34密级公开硕士学位论文锆酸铅基反铁电薄膜的制备与储能性能研究学位申请人陈婷指导教师王金斌教授学院名称材料与光电物理学院学科专业材料科学与工程研究方向先进能源材料与器件二〇一四年六月万方数据ThepreparationandenergystoragepropertiesofPbZrO3-basedantiferroelectricthinfilmCandidateTingChenSupervisorProfessorJinbinWangCollegeFacul

2、tyofMaterials,OptoelectronicsandPhysicsProgramAdvancedEnergyMaterialsandDevicesSpecializationMaterialsScienceandEngineeringDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外

3、，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日

4、导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要脉冲高功率技术是当今高新技术的重要发展方向，储能电容器作为脉冲高功率电源的关键元件，在整个设备中占有很大的比重，是极为重要的关键部件。反铁电材料因具有很高的理论储能密度，特别适合用于制作脉冲高功率储能电容器，近年来引起了研究者的关注。PbZrO3(PZ)是一种典型的钙钛矿反铁电材料，是最有前景的脉冲高功率电源用新型反铁电储能介质材料。但是，目前实验制备的PZ反铁电薄膜的能量存储密度较低，不能满足实际应用。因此，进一步提高PZ反铁电薄膜的能量存储密度是实现其在脉冲高功率电源的应用

5、的首要任务。本论文围绕改进PZ反铁电薄膜的储能性能来展开研究工作。主要研究工作与结果如下：1.单一PZ反铁电薄膜的制备及储能性能分析采用溶胶-凝胶法在Pt(111)/Ti/SiO2/Si衬底上制备了PZ反铁电薄膜，探索了薄膜生长的最佳退火温度和退火时间，并表征了其微观结构和电学性能。实验结果表明，在o700C下退火20min时，PZ薄膜性能最好，在最大500kV/cm外加电场下，其最大极23化强度(Pmax)和最大储能密度分别为70.3μC/cm和13.52J/cm。2.不同结构的PZ/BT-BMT复合薄膜的制备及

6、储能性能分析将PZ反铁电薄膜和具有高介电常数、高耐电场击穿强度的0.88BaTiO3-0.12Bi(Mg0.5,Ti0.5)O3(BT-BMT)铁电薄膜结合在一起形成不同结构的复合薄膜，分别研究了叠层结构、夹心结构、交错结构复合薄膜的微结构及电学性能。对于叠层结构复合薄23膜，最大电场下的Pmax为90.9μC/cm，最大储能密度为15.3J/cm；对于夹心结构复合23薄膜，最大电场下的Pmax为92.2μC/cm，最大储能密度为19.9J/cm；对于交错结构复23合薄膜，最大电场下的Pmax为95.7μC/cm，

7、最大储能密度为24.7J/cm。以上结果表明，采用与BT-BMT铁电薄膜复合的方法能有效提高PZ反铁电薄膜的储能密度。3.PZ/BT-BMT复合薄膜退火工艺的改进及储能性能分析改进复合薄膜的退火工艺，采用逐层退火的方法制备复合薄膜，即每甩完一层薄膜都进行干燥、热分解和退火处理。和一次退火的复合薄膜相比，逐层退火的复合薄膜储3能性能得到显著改善。逐层退火的夹心复合薄膜最大储能密度为28.4J/cm，逐层退火3的交错复合薄膜最大储能密度为33J/cm。这归因于逐层退火的复合薄膜极化取向度更高，从而具有更大的极化强度和更

8、高的储能密度。关键词：PZ反铁电薄膜；能量存储密度；复合薄膜；溶胶-凝胶法；逐层退火I万方数据摘要AbstractEnergy-storagecapacitorisoneofthemostimportantcomponentsofhighpulsepowersystem,whichisanimportantdevelopingdirection.Perovs