论文部分内容阅读
(Ba,Ca)TiO3有着独特的介电、铁电与压电性,近年来受到广泛关注。本论文系统研究了(Ba,Ca)TiO3相关体系陶瓷与薄膜的制备、结构与性能,获得如下主要结论。(Ba,Ca)TiO3陶瓷相比于BaTiO3具有更高的铁电极化值、更大的介电强度、与更低的介电损耗。随着Ca含量增加,居里温度几乎不变,BaTiO3中的两个低温相变向低温方向移动,四方相的温度区间扩大,四方相更稳定。电子能量损失谱-扫描透射电镜(EELS-STEM)分析表明,部分Ca2+离子占据了Ti4+离子位置。而高角环形暗场像-扫描透射电镜(HADDF-STEM)以及环形明场像-扫描透射电镜(ABF-STEM)分析表明, BaTiO3中氧八面体和Ti离子的反向位移在(Ba,Ca)TiO3中变为同向位移,并且位移矢量绝对值增大,由偶极子微观位移计算得到的局部极化值增强,这表明(Ba,Ca)TiO3中Ti-O偶极子与PbTiO3有结构上的类似性。Ti离子和氧八面体位移矢量的增大,为(Ba,Ca)TiO3中宏观极化增强提供了微结构证据。(Ba,Ca)TiO3与BiFeO3可形成固溶体,并存在菱方相和四方相两相共存的多相界,这有利于提高多铁性材料BiFeO3的铁电、压电与铁磁性能。室温下,在Bi0.7(Ba0.75Ca0.25)0.3Fe0.7Ti0.3O3成分中获得了最大的铁电剩余极化(Pr-43μC/cm2)、剩余磁化(0.07 emu/g,300K)以及最大的应变(～0.2%)。在(Ba0.75Ca0.25)TiO3-BiFeO3材料中铁电、铁磁、压电性能的综合提升表明,引入多相界是BiFeO3多铁性材料改性的有效途径。采用脉冲激光溅射沉积法在(001)的Nb:SrTiO3基板上制备了多层(Ba,Ca)TiO3-Ba(Zr,Ti)O3薄膜。通过调节层数,探究了界面对畴结构及压电效应的影响。XRD和TEM结果显示,多层薄膜第一层(Ba,Ca)TiO3沿(001)方向取向生长,与基底Nb:SrTiO3有清楚的界面。随着层数增加,多层膜表面附近形成了多取向的孪晶畴结构。所有薄膜都显示出较强的面外极化分量,以及相对较弱的面内极化强度。层数增加,面外的极化分量大大增强,畴翻转特性增强。N=8的薄膜中显示出最佳的畴结构与饱和的局部压电响应回线。界面效应和孪晶结构在提高压电响应的增加起到重要的作用。采用脉冲激光溅射沉积法在(001)的Nb:SrTiO3基板上制备了300nm厚、高度外延的BaTiO3-(Ba,Ca)TiO3-CaTiO3成分梯度薄膜。XRD表明多层薄膜沿c轴高度取向,且面内有较大的晶格失配。压电力显微镜研究表明,薄膜具有很大的面内极化分量,面外极化分量比面内弱。厚度比为2：1：1的样品具有较大的面内压电力信号、较小的矫顽场。在BaTiO3-(Ba0.85Ca0.15)TiO3-CaTiO3厚度比2：1：1的三层薄膜中获得了较大的面外介电常数～646和较低的损耗0.03(1MHz),在400kV/cm下获得了较大的介电可调性～50%。面外介电可调性和介电性能,和压电力翻转振幅和面内压应力有一定的相关性。