祝賀(he)西安(an)交大陶(tao)瓷的晶體(ti)和晶粒結構(gou)、介(jie)電(dian)和壓電(dian)性(xing)能研究背景

(1-x-y)BiFeO3-xPbFe0.5Nb0.5O3-yPbTiO3陶(tao)瓷的晶體(ti)和晶粒結構(gou)、介(jie)電(dian)和壓電(dian)性(xing)能

研究背景

具有共存(cun)電、磁(ci)或(huo)彈(dan)性有(you)序(xu)性(xing)的多鐵性材料因其(qi)廣(guang)泛的可(ke)能應用，包括交變(bian)和磁(ci)場(chang)傳(chuan)感(gan)器(qi)、存(cun)儲(chu)元件(jian)和自旋(xuan)電(dian)子(zi)器(qi)件的生(sheng)產，目(mu)前是材(cai)料科學(xue)中研(yan)究最深(shen)入的對(dui)象之(zhi)壹。鈮(ni)鐵酸(suan)鉛是壹(yi)的(de)多(duo)鐵體(ti)，具有鈣鈦(tai)礦型(xing)結構(gou)，具(ju)有(you)壹(yi)般的化(hua)學(xue)式，在(zai)TC~370 K時從順(shun)電（PE）到(dao)鐵電（FE）相的(de)擴散(san)相(xiang)變。FE和反鐵磁(ci)（AFM）有(you)序(xu)僅(jin)在(zai)TN~120-150 K以(yi)下共存(cun)，其(qi)中TN是Neel溫(wen)度(du)。鉍(bi)鐵氧體(ti)BiFeO3（BF）也是多(duo)鐵性的，具(ju)有TC~1103 K、TN~643 K和在(zai)[110]方向具有非公(gong)度擺(bai)線(xian)磁(ci)序(xu)的(de)G型(xing)反(fan)鐵磁(ci)性(xing)。這(zhe)兩(liang)種(zhong)材(cai)料目(mu)前被(bei)認(ren)為(wei)是許(xu)多(duo)磁(ci)電(dian)結構(gou)的(de)基(ji)礎(chu)。然(ran)而，它(ta)們(men)廣(guang)泛使用受到(dao)幾個(ge)因素(su)的(de)限(xian)制。對(dui)於(yu)鉍鐵氧體(ti)而言，在(zai)單相狀態(tai)下獲(huo)得(de)BF和鐵電疇重(zhong)新定向(xiang)所需(xu)的(de)*矯(jiao)頑(wan)電(dian)場(chang)（EC）是很(hen)困難(nan)的。此(ci)外(wai)，PFN和BF的特(te)點是，由(you)於(yu)其(qi)結構(gou)中(zhong)存(cun)在(zai)變價離(li)子(zi)（Fe2+/Fe3+）和氧空(kong)位(wei)，電導(dao)率(lv)增加。然(ran)而，基(ji)於(yu)BF或PFN的改性或固(gu)溶(rong)體(ti)的產生(sheng)使得(de)穩(wen)定(ding)結構(gou)和改善(shan)所獲(huo)得(de)陶(tao)瓷的特性成(cheng)為可(ke)能。長(chang)期(qi)以(yi)來(lai)，二進(jin)制系(xi)統基(ji)於(yu)多鐵性壹直(zhi)是人(ren)們(men)積(ji)極(ji)研(yan)究的課(ke)題(ti)，（1-x）BiFeO3-xPbTiO3體(ti)系(xi)受到(dao)了廣(guang)泛關註(zhu)。鈦酸(suan)鉛PbTiO3（PT）的引(yin)入穩(wen)定(ding)了(le)鈣(gai)鈦礦相，並在(zai)x~0附(fu)近(jin)形(xing)成(cheng)了壹(yi)個(ge)晶型(xing)相(xiang)界（MPB）。在(zai)該區(qu)域(yu)，（1-x）BFxPT系(xi)統顯(xian)示(shi)出(chu)相(xiang)當高(gao)的(de)壓電(dian)特(te)性(xing)，但同時(shi)保持較(jiao)高(gao)的(de)導(dao)電(dian)性(xing)。在(zai)這(zhe)方(fang)面(mian)，近(jin)年來(lai)，通(tong)過(guo)創(chuang)建(jian)基(ji)於(yu)BF和PT的三元系(xi)固(gu)溶(rong)體(ti)來(lai)獲(huo)得(de)新的多(duo)鐵性材料受到(dao)了相(xiang)當大的(de)關(guan)註(zhu)。最有(you)希(xi)望的體(ti)系(xi)之(zhi)壹是（1-x-y）BF-xPFNyPT三元體(ti)系(xi)，根(gen)據(ju)文獻數據(ju)和我們(men)的(de)初(chu)步(bu)研(yan)究，其(qi)中存(cun)在(zai)具有共存(cun)的菱(ling)形（Rh）和四方(fang)（T）相(xiang)的MPB。具有(you)MPB的材(cai)料可(ke)以(yi)表(biao)現出(chu)的(de)性能，並改善(shan)所研究陶(tao)瓷的電生(sheng)理(li)特(te)性(xing)。之(zhi)前發現在(zai)具有高(gao)PFN濃(nong)度(du)（成(cheng)分0.25BF-0.63PFN-0.12PT）的(de)相圖區(qu)域(yu)，該系(xi)統的(de)樣品表(biao)現出(chu)相(xiang)對(dui)較(jiao)高(gao)的(de)壓電(dian)活(huo)性(xing)（高(gao)達(da)350 pC/N），並在(zai)相對(dui)較(jiao)低的矯頑(wan)場(chang)下表(biao)現出(chu)較(jiao)高(gao)的(de)剩余極(ji)化(hua)值。在(zai)這(zhe)方(fang)面(mian)，重(zhong)要(yao)的(de)是建(jian)立三元系(xi)（1-x-y）BF-xPFN-yPT樣品在(zai)高(gao)PFN含(han)量相(xiang)圖區(qu)域(yu)的結構(gou)、微(wei)觀結構(gou)、介(jie)電(dian)和壓電(dian)特(te)性(xing)的形成(cheng)規律。

摘(zhai)要亮(liang)點

準二(er)元濃(nong)度(du)段(duan)陶(tao)瓷(x=0.50, 0.1≤y≤0.2, Δy=0.025) 三元固(gu)溶(rong)體(ti)體(ti)系(xi)(1-x-y)BiFeO3-xPbFe0.5Nb0.5O3-yPbTiO3是采用常(chang)規固(gu)相(xiang)反應(ying)法制備的(de)。利(li)用x射(she)線衍(yan)射(she)技(ji)術，構(gou)建(jian)了(le)該(gai)體(ti)系(xi)的(de)相(xiang)圖(tu)，其(qi)中包括立方對(dui)稱區(qu)和四方(fang)對(dui)稱區(qu)，以(yi)及它(ta)們(men)之(zhi)間的(de)晶型(xing)相(xiang)界。研究了所選固溶(rong)體(ti)的晶粒形貌、介電和壓電(dian)性(xing)能。獲(huo)得(de)了最高(gao)壓電(dian)系(xi)數d33=260pc/N。陶(tao)瓷的介電特性揭示了(le)鐵電弛(chi)豫行(xing)為，即(ji)在(zai)350‑500K的溫度範(fan)圍(wei)內，從順(shun)電相(xiang)到(dao)鐵電相的(de)擴散(san)相(xiang)變區(qu)域(yu)。