plzt弛豫铁电体的电卡效应研究

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1、分类号学号M201271972学校代码10487密级硕士学位论文PLZT弛豫铁电体的电卡效应研究学位申请人：王顺达学科专业：微电子学与固体电子学指导教师：张光祖答辩日期：2015年5月12日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringInvestigationoftheElectrocaloricEffectinPLZTRelaxorCeramicsCandidate:Wan

2、gShundaMajor:MicroelectronicsandSolidStateElectronicsSupervisor:ZhangGuangzuHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以

3、明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：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，即：学校有权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。本人授权华中科技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。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月

4、日华中科技大学硕士学位论文摘要电卡效应制冷技术具有成本低、能量转换率高、应用尺寸小、工作可靠性较高且无环境污染等优点，因而在小尺寸固态制冷器件领域极具发展前景。现有的电卡材料存在许多不足：聚合物薄膜的电卡转换效率较低，需要极高的外部电场来驱动；电卡纳米薄膜的制备工艺成本较高，且薄膜的体积较小、制冷量较低；块状陶瓷材料的介电击穿场强较低。以上的问题阻碍了电卡材料的实际生产应用，亟待解决。Pb1-xLax(ZryTi1-y)1-(x/4)O3弛豫铁电体具有较强的极性和较高的电卡转换效率，在电卡效应研究领域备受关注

5、；然而此材料的介电击穿场强较低，强电卡性能对应的环境温度较高，阻碍了其在电卡制冷工程中的应用。为了解决以上问题，本课题首先采用传统固相烧结法制备Pb(Zr0.65Ti0.35)O3(简称65/35PZT)陶瓷，研究了陶瓷相变对电卡性能的影响；在此基础上，探讨了9%La掺杂制备Pb0.91La0.09(Zr0.65Ti0.35)0.9775O3(简称9/65/35PLZT)陶瓷对材料电卡性能的影响；最后，本课题还研究了热压烧结工艺对9/65/35PLZT陶瓷电卡性能的影响。固相烧结法制备65/35PZT陶瓷材料

6、表明：陶瓷的电卡效应与其相变情况密切相关，但电卡系数峰值对应的环境温度比相变开始的温度要高；电卡材料的绝热温变ΔT的峰值相对于等温熵变ΔS的峰值会向高温偏移。固相烧结65/35PZT陶瓷在75℃附近表现出最大的电卡效应，即ΔE=100kV/cm时，ΔTmax1=−1.59K、−1−1−7−1ΔSmax1=12.60JkgK，此时材料相应电卡转换效率为

7、ΔTmax1/ΔE

8、=1.59×10KmV、−6−1−1−1

9、ΔSmax1/ΔE

10、=1.26×10JmkgKV。固相烧结法制备9/65/35PLZT陶瓷表明：L

11、a掺杂会降低材料的铁电性，并极大3+的降低铁电−顺电相的相变温度；同时La离子的引入使陶瓷由常规铁电体向弛豫铁电体转变，晶体的铁电宏畴向微畴发展，并表现出相变弥散与极化弛豫现象。固相烧结样品出现两个电卡峰值，在低温情况下陶瓷在56℃附近表现出最大的电卡效−1−1应，即ΔE=100kV/cm时，ΔTmax2−1=−1.55K、ΔSmax2−1=12.87JkgK，此时电卡转换−7−1−6−1−1−1效率为

12、ΔTmax2−1/ΔE

13、=1.55×10KmV，

14、ΔSmax2−1/ΔE

15、=1.287×10JmkgKV。

16、I华中科技大学硕士学位论文热压烧结法制备9/65/35PLZT陶瓷表明：热压烧结有助于降低烧结温度、缩短烧结时间、改善陶瓷的微观结构并提高其致密度。热压烧结使陶瓷的平均介电击穿场强由139.5提高到225.2kV/cm，提升幅度为60%。在低温情况下陶瓷在53℃附近表−1−1现出最大的电卡效应，即ΔE=200kV/cm时，ΔTmax3−1=−3.58K，ΔSmax3−1=29.97JkgK，其电卡性