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Sol-gel法制备(1-x)BZT-xBCT薄膜开题报告

 2020-02-10 10:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

当今社会,能源,信息与材料是社会公认三大支柱性产业。材料作为科技进步的根本动力而在国民经济中占据重要地位。随着微单子行业的快速发展,大量功能信息材料由于其优异的介电,铁电,压电,光电等性质,而被广泛应用于微电子,能源,自动化等行业中,在国民经济和国防建设中占有十分重要的战略地位。目前,大量研究并广泛应用的钙钛矿材料主要为含铅类材料,如钛酸铅(pbtio3),锆钛酸铅(pzt),锆钛酸铅镧(plzt)等。以pzt为代表的铅基材料由于在其准同形相界(mpb)附近具有高居里温度(tc),良好的温度稳定性,优异的介电,铁电,压电等性质,从而使pzt材料广泛应用于各个领域。但是pzt中铅元素含量高,且熔点低、挥发性强,在材料的制备、元器件的使用以及回收再利用过程中都会给人类和生态环境造成严重的危害。因此,高性能无铅铁电材料成为材料研究领域的研究热点之一。

自上世纪六十年代,压电陶瓷无铅化备受关注,而目前研究较多的无铅陶瓷体系是钙钛矿结构类材料。其中,由于碱金属铌酸盐((k0.5na0.5)nbo3,knn))基材料,bi0.5na0.5tio3(bnt)基材料,和batio3基材料这三种无铅钙钛矿结构材料的压电性明显优于其他无铅压电材料,因此备受关注,并将它们作为取代铅基压电材料的希望。

batio3基材料是一种典型的具有abo3钙钛矿结构的铁电体,以高的介电常数、低的介电损耗引起世界范围内学者的极大关注,尤其是锆钛酸钡钙材料((1-x)ba(zr0.2ti0.8)o3-x(ba0.7ca0.3)tio3,简称(1-x)bzt-xbct),具有与铅基pzt基材料相媲美的压电性能,因此具有不可限量的发展前景。在2009年,西安交通大学任晓斌等人通过对固溶体锆钛酸钡钙陶瓷((1-x)bzt-xbct)进行研究,发现其mpb附近具有良好的压电性质,压电系数d33高达630pc/n,远远高于其他无铅陶瓷(d33lt;400pc/n),完全可以与pzt基材料(d33=500-600pc/n)相媲美。还发现其在mpb附近,具有较大的剩余极化强度(pr=14.5μc/mm2)和较高的介电常数(εr=3060)。因此,人们认为bczt材料是取代pzt材料的最佳候选材料之一。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:采用sol-gel法制备(1-x)bzt-xbct薄膜;

材料表征:利用xrd、sem、afm、raman、high-precision lcr meter、ferroelectric tester等测试手段对所制备的(1-x)bzt-xbct基薄膜材料进行结构和性能表征。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-7周:按照设计方案,制备(1-x)bzt-xbct基薄膜材料。

第8-12周:利用xrd、sem、afm、raman、high-precision lcr meter、ferroelectric tester等测试手段对所制备的(1-x)bzt-xbct基薄膜材料进行结构和性能表征。

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4. 参考文献(12篇以上)


[1]. liu w, ren x. large piezoelectric effect in pb-free ceramics[j]. physical review letters, 2009, 103: 257602.

[2]. keeble, d. s., benabdallah, f. revised structural phase diagram of (ba0.7ca0.3tio3)-(bazr0.2ti0.8o3)[j]. applied physics letters, 2013, 117(12), 124107.

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