铁电陶瓷的热释电研究【开题报告】

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1、毕业论文开题报告光电子应用物理铁电陶瓷的热释电研究一、选题的背景与意义热释电材料的最重要的应用是热释电传感器和红外成像焦平面。利用热释电材料制作的单元热释电探测器在国内外均已形成相当规模的产业。这些红外探测器在防火、防盗、医疗、遥测以及军事等方面具有广泛的应用。而铁电材料必定具有热释电效应。（1）传统的压电铁电陶瓷，包括弛豫性铁电陶瓷，大多是是含有铅的，虽然它们具有一系列优异的性能，但是，PbO一方面在制备和使用过程中都会散发有毒物质，对人体和环境造成危害，而另一方面也使陶瓷中的化学计量比偏离配方中的化学计量比，使产品的一致

2、性和重复性降低（2）。随着全社会对环境保护问题的重视，欧盟等发达国家等通过立法方式限制含铅陶瓷的制造和使用，即到2006年7月1日，各类电子产品都应是无铅的（3），因此。研究和开发无铅铁电陶瓷是一项迫切的、具有重大社会和经济意义的课题。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题钛酸铋钠（Bi0.5Na0.5TiO3,BNT）无铅压电陶瓷发现于1960年，有Smolenskii等最先合成，是一种A位被纳离子和铋离子占据的复合钙钛矿型铁电体。在数以千计的A位置换钙钛矿结构中，BNT是为数不多的稳定复合钙钛矿结构之一4）。BNT陶瓷具有

3、铁电性强、压电性能佳、介电常数小及声学性能好等优良特征。然而，出BNT陶瓷的矫顽场大，在铁电相区电导率高，因而很难极化；而且纯BNT的烧成温度范围较窄，故而使陶瓷致密性欠佳（5）。因而纯BNT陶瓷较难实用化，提高BNT的压电活性、降低极化难度是其实用化的关键。前人通过在BNT中引入第二组员BaTiO3(BT),对A位的（Bi0.5Na0.5）进行取代，获得了具有相当压电活性的材料。但是，与含铅的PZT基陶瓷相比，BNT-BT系陶瓷压电和介电性能还有一定差距（6）。研究表明，(1-x)BNT-xBT陶瓷当x=0.06～0.07

4、时具有最好的特性，那么我们就可以考虑在BNT-BT陶瓷具有最佳配比的情况下再掺杂KNbO3使陶瓷具有更好的铁电性（7）。另外，研究表明，在不同的工艺下比如所掺杂量的不同和烧结时间的不同都会影响陶瓷的铁电性能（8）。因此，此次研究的主要内容就是测量掺杂不同量的KNbO3对陶瓷的铁电性能的影响和找到最佳的工艺参数。由于要找的最佳的组分比例和工艺参数需要制作大量的不用比例的样品，这耗时很长。另外，由于烧结的温度高，K、Na容易挥发，这就会是各组分的比例和预期的有所差别，影响测量的准确性。三、研究的方法与技术路线：以Bi2O3(99

5、.9%)，Na2CO3(99.8%)，TiO2(99%),BaCO3(99%)预合成Bi0.47Na0.47Ba0.06TiO3(BNBT)多晶粉体；利用K2CO3(99%)，Nb2O5(99.5%)预合成KNbO3(KN)多晶粉体，两种氧化物粉末在纯酒精中使用球磨机研磨10小时，然后烘干，再在850℃条件下使用箱似炉烧结2小时。将烧结好的BNBT和KN粉末按百分比配料球磨10小时后干燥，再用5%浓度的PVA溶液造粒过筛，这可以得到均匀的晶粒。在100Mpa条件下压成直径10mm，厚度为1mm的样品，然后用圆形切割机切成圆形

6、薄片，在1150oC条件下烧结3小时，样品磨平后被银，在650oC烧渗银电极。然后在80oC硅油中以3～4kV/mm极化20分钟，在空气中放置24小时后测试其性能。研究的主要方法就是用X射线衍射仪来测试样品的微观结构，电子扫描显微镜来观察样品的表面性，安捷伦阻抗分析仪来测量样品的介电性能，Byer和Roundy技术测量样品的热释电系数，阿基米德排水法测试样品的致密度。通过以上的方法我们就可以找出具有最好的铁电材料。技术路线则如下图所示5%PVA造粒烧结8h球磨10h原料烘干反馈100MPa压制再烧结8h被银极化热释电测试四、

7、研究的总体安排与进度：10.12.17之前完成文献调研、文献翻译以及文献综述；11.4.4之前完成铁电陶瓷的制备；11.4.4之前完成铁电陶瓷的热释电效应的测试；11.4.4之前完成铁陶陶瓷的热释电性能影响因素的讨论；11.4.4之前完成铁电陶瓷的再制备和性能的再测试主要参考文献：（1）陈玉安王必本廖其龙现代功能材料；（2）石尧文，乔冠军，金志浩热电材料研究进展稀有金属材料与工程20050l-34．NO．1（3）YanxueTang,a!XiangyongZhao,XiqiFeng,WeiqingJin,andHaosuLu

8、oAPPLIEDPHYSICSLETTERS86,082901（2005）（4）J.H.YOO,W.GAOK.H.YOONJOURNALOFMATERIALSSCIENCE34(1999)5361–5369(5)杨毅,冯楚德,姚文龙,喻佑华无机材料学报1000-324X(2002)01-0