PMN-PT基透明陶瓷的制备与光致伸缩效应研究

来源 :西安工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Norazhongli
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铌镁酸铅-钛酸铅Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)作为典型的弛豫铁电体,具备众多优良的物理性能。因此,其在众多领域都拥有着宽广且诱人的潜在应用。PMN-PT陶瓷是典型的ABO3型钙钛矿相结构,A位的Pb离子与稀土元素离子半径相似,因此可以掺入稀土元素对PMN-PT陶瓷改性。具有光致伸缩效应的铁电陶瓷,在光的驱动下可以直接将光能转化为机械能,可以有效地促进系统的集成化和微型化,同时可以避免电磁干扰的影响,因此在微光传感和微光驱动方面有重大的应用前景。本论文以制备具有优良电学性能的高透明PMN-PT基铁电陶瓷为目的,通过对其制备工艺的优化和稀土元素的掺杂来改善陶瓷的性能,并对其光致伸缩效应进行探索性研究。本论文主要包括以下几部分的研究内容:本文利用固相反应法合成PMN-PT基陶瓷粉体,采用氧气氛烧结工艺制备PMN-PT基透明陶瓷。测试陶瓷样品的XRD来分析相结构,结果表明制备得到的陶瓷样品都是纯钙钛矿相结构,并且没有焦绿石相等其它杂相生成;借助SEM对陶瓷样品的微观形貌进行观察,结果表明利用氧气氛烧结工艺对于提高陶瓷的致密度是有效的。制备了La掺杂的PMN-PT陶瓷,并研究了陶瓷样品的电学性能和光学性能。陶瓷样品的透明度得到了明显的提高,近红外处的最大透过率超过了 61%。随着掺杂量的逐渐增加,陶瓷样品的电滞回线逐渐细化成一条直线;同时其居里温度不断向低温偏移,最终远低于零摄氏度。制备了Sm掺杂的PMN-PT陶瓷,并研究了陶瓷样品的电学性能和光学性能。陶瓷样品的透明度有了明显的改善,近红外处的最大透过率接近于57%。陶瓷样品除了铁电性能相对较弱外,介电性能和压电性能都比较好。其相对介电常数的最大值是25000,压电常数d33的最大值是~620pC/N。制备了La/Sm双掺杂的PMN-PZ-PT陶瓷,并研究了陶瓷样品的电学性能和光学性能。陶瓷样品的透明度有了明显的改善,近红外处的最大透过率接近于55%。将Zr元素引入到处于准同型相界的PMN-PT中,旨在得到兼具高电学性能与高透明的PMN-PZ-PT陶瓷。结果表明对于陶瓷各项性能的改善并不是很突出,反而对其介电性能产生了一定的影响。最后,测试了陶瓷样品的拉曼光谱,分析研究发现部分陶瓷样品的拉曼光谱中出现了红移现象,说明这些陶瓷样品具有光致伸缩效应。其中,La/Sm掺杂的PMN-PT陶瓷样品的最大红移量是7.1cm-1,La/Sm双掺杂的PMN-PZ-PT陶瓷样品的最大红移量是5.3cm-1。
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