复合效应对铁电—介电复合物调谐率的影响

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在铁电-介电复合材料中只有铁电材料具有铁电性,但是在钛酸锶钡铁电-介电复合陶瓷中出现了复合陶瓷调谐率随介电材料含量增加而增加的反常现象。由于复合陶瓷中同时存在掺杂效应和复合效应,而有机物与无机物之间不存在掺杂效应,可以将有机铁电材料P(VDF-TrFE)与无机线性介电材料复合形成铁电-介电复合材料,以探究复合材料调谐率反常增加的原因。利用旋涂法制备P(VDF-TrFE)-MgO复合薄膜,其介电常数随频率的增加而降低,介电损耗随频率的增加而增加,10kHz时复合薄膜介电损耗都在0.1左右。当MgO含量从0wt%增加到30wt%时,复合薄膜介电常数从20.4降低到14.2,外加电场强度10kV/mm下的调谐率从4.7%增加到7.5%;当MgO含量继续增加时,复合薄膜介电常数继续下降,调谐率迅速降低。由此,得出复合效应导致复合材料调谐率增加的结论。使用预烧过的Mg2TiO4和未预烧过的Mg2TiO4制备了两种P(VDF-TrFE)-Mg2TiO4复合薄膜。两种P(VDF-TrFE)-Mg2TiO4复合薄膜介电常数基本相同,10kHz时介电损耗都在0.1左右。随Mg2TiO4含量的增加,复合薄膜调谐率先增加再降低,且未预烧过Mg2TiO4形成的复合薄膜调谐率较预烧过Mg2TiO4形成的复合薄膜调谐率略高。利用旋涂法制得P(VDF-TrFE)-CaTiO3复合薄膜,CaTiO3含量从0wt%增加到40wt%时,复合薄膜介电常数从20.4增加到57.8,外加电场强度10kV/mm下的调谐率从4.7%增加到8.8%。由于复合薄膜中只有P(VDF-TrFE)具有调谐率,其调谐率随电场强度的增加而增加,可以推测复合薄膜调谐率反常增加时,部分P(VDF-TrFE)上局部电场强度会增强。利用有限元分析软件构建P(VDF-TrFE)-MgO和P(VDF-TrFE)-CaTiO3复合薄膜模型,结果表明,在P(VDF-TrFE)-MgO复合薄膜中,P(VDF-TrFE)上平均电场强度低于外加电场强度,但增强区的平均电场强度随MgO含量增加而增加,导致调谐率增加;P(VDF-TrFE)-CaTiO3复合薄膜中,P(VDF-TrFE)上平均电场强度高于外加电场强度,且随CaTiO3含量增加而增加,引起调谐率增加。
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