铁电陶瓷挠曲电效应的应用研究

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与压电效应相比,挠曲电效应不受晶体对称性限制,具有中心对称结构的晶体中仍然存在挠曲电效应,这使挠曲电效应在高温下具有更广泛的应用前景。利用挠曲电效应,可以设计并制备出具有高温度稳定性以及压电响应的材料,但目前挠曲电效应应用领域已发表的研究成果还比较少。在本文中,我们使用960%N2和4%H2混合气体作为还原气氛,在高温条件下非对称地还原了 Na0.5Bi0.5TiO3基铁电陶瓷样品。实验结果表明还原之后样品的挠曲电系数提高了 100倍左右,并且在退极化温度之上材料仍然有很高的表观压电响应。实验中探究了这种材料在高温能量采集领域的应用,发现在退极化温度之上,与未还原样品相比,还原之后样品的最大输出功率提高了约有100倍。尽管实验结果也表明在退极化温度之下,与传统利用压电效应制备的能量采集器件相比,挠曲电效应能量采集器件的输出功率密度还是很小,但Na0.5Bi0.5TiO3基铁电陶瓷挠曲电效应能量采集实验为高温能量采集提供了一个新思路。逆挠曲电效应是指介电材料在电场梯度作用下产生应变的现象,属于机电耦合的一种。从逆挠曲电概念被提出至今,逆挠曲电效应领域很少有文章报道,机理方面研究更少。本文利用悬臂梁方式,测试了xBaTiO3-(1-x)SrTiO3体系长条样品在电场作用下的弯曲情况。实验中发现室温下BaTiO3样品的电场与位移之间呈线性关系,SrTiO3样品的电场与位移之间为二次方关系。并且发现在相同电场下,距夹持点不同距离处,样品的弯曲位移不同,即样品在长度方向上发生了弯曲。实验中利用表面打磨的方法,定性的探究了样品表面对弯曲位移的贡献,结果表明打磨掉表面之后样品的弯曲位移减小,说明样品表面对弯曲位移有一定贡献。另一方面测试过程中不可避免的会有电荷注入到样品中,通过在样品表面涂覆高分子阻隔层阻止电荷注入,发现阻止不同电极的电荷注入可以改变样品的弯曲方向,说明电荷注入对样品弯曲有着重要的影响。
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