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铁电材料分为两大类,弛豫铁电材料和通常铁电材料,其中前者以铌镁酸铅系列为代表,后者以钛酸钡系列为代表。由于铁电化合物具有优异的性能,在基础研究和技术应用方面都受到广泛关注。本文主要用固相反应法制备了不同掺杂浓度的铌镁酸铅基和钛酸钡基材料,利用内耗技术和介电技术分别对两种材料进行了研究。
通过研究纯钙钛矿结构的PMN-xPT陶瓷的内耗行为,发现不同掺杂浓度的试样的内耗行为有所不同,随x的增大,内耗行为由不明显的一个凸包演变成明显的内耗峰,并且峰温随x的增大而升高,高度也随x而改变,以上实验结果可能与极化微区的性质变化有关;另外,观测到PMN-15PT和PMN-20PT的内耗峰随应变振幅的变化规律与介电峰随驱动电场幅值的变化规律类似,均随振幅的减小而移向高温且峰高降低;还观测到内耗峰对频率和速率的响应与界面运动导致的一级相变峰很相似。由此提出内耗峰对应由温度诱导的与极化微区的界面运动有关的动力学过程。
通过研究内耗峰的速率和频率效应,利用一级相变的耗散函数模型对弛豫铁电体内部极化微区界面运动的动力学进行了研究,对比其他铁电材料的界面动力学参数,发现弛豫铁电体极化微区的界面是具有较小回复系数的一类软界面,模型很好的描述了内耗峰的速率和频率效应。
通过研究弛豫铁电体PMN-xPT在升降温过程中的介电行为,讨论了居里温区、临界指数等与掺杂浓度之间的关系,还利用不同的理论模型(广义Arrhenius方程和耦合弛豫动力学模型)计算出介电弛豫行为中各参数随成分的变化规律。对比结果两个理论模型得到的结果发现描述弛豫行为各个参量的变化规律是一致的,并且都在x=2.5左右存在一个转折点,与弥散指数γ的变化规律一致,这或许预示着x=2.5处发生了性能或结构的不连续变化。
此外,还研究了普通铁电体钛酸锶钡的相变和弛豫现象,发现在四方相和正交相都有弛豫现象发生,根据激活能计算结果可以看出,Ba0.8Sr0.2TiO3的弛豫激活能比BaTiO3的低,可能由于部分Ba2+被Sr2+替代后c轴两相邻离子间的空隙增大所致;与文献对比还发现升温过程的弛豫激活能比降温过程的大,可能升温过程的内耗与畴壁的运动和空位的重组都有关,而降温过程的内耗峰则只与氧缺位的迁动有关;另外还发现四方相氧空位的弛豫激活能和光致发光现象中的激发光与发射光能量间的能量差基本一致,这一结果从另一方面说明了光致发光现象与氧空位的存在和弛豫迁动有关。