【摘 要】
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对BaTiO3（BT）的研究具有悠久的历史,BT陶瓷在各种电子器件中也得到了广泛的应用。然而传统固相合成的BT陶瓷的压电性能相对较差(d33～100-170 p C/N),而介电性能较好,因此BT陶瓷多数情况作为介电材料使用。研究者们通过细晶和纳米畴带来的外禀效应,提高了BT陶瓷的压电性能,但能否在BT陶瓷中得到与Pb(ZrxTi1-x)O3（PZT）体系中的准同型相界类似的内禀的大压电机制仍是需
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对BaTiO3（BT）的研究具有悠久的历史,BT陶瓷在各种电子器件中也得到了广泛的应用。然而传统固相合成的BT陶瓷的压电性能相对较差(d33～100-170 p C/N),而介电性能较好,因此BT陶瓷多数情况作为介电材料使用。研究者们通过细晶和纳米畴带来的外禀效应,提高了BT陶瓷的压电性能,但能否在BT陶瓷中得到与Pb(ZrxTi1-x)O3（PZT）体系中的准同型相界类似的内禀的大压电机制仍是需要解决的问题。基于上述问题,本论文利用传统固相合成法制备了Li+-RE3+(RE3+=La3+、Sm3+)与Li+-B3+受主施主共掺杂的BT陶瓷。分析了掺杂对BT陶瓷微观组织与物相的影响;测试了共掺杂BT陶瓷介电、铁电以及压电性能,并施加不同参数的电场热处理,分析探讨了不同掺杂含量、不同电场热处理参数对受主-施主共掺杂BT陶瓷电学性能的影响,并结合微观组织与相变行为的变化研究了其中的物理机制。对于Li+-RE3+共掺杂BT陶瓷,随着掺杂含量的提升,材料的晶粒大小略微有所下降,而其物相组成由纯T相变为T相和M相共存,而掺杂量高于2.0 mol%后,出现了新的杂相,陶瓷的性能也随之劣化。Li+-RE3+共掺杂的BT陶瓷在MPB附近获得了巨大的介电响应,其中LL:BT陶瓷的介电常数由纯BT的2000提升至1.7×105（0.9 mol%）,LS:BT陶瓷的介电常数提升至1.6×105（1.0 mol%）。Li+-RE3+共掺杂的BT陶瓷在不同相区也表现出了不同的相变行为,在纯T相区,Li+-RE3+共掺杂BT陶瓷的相变行为与纯BT陶瓷基本一致;在MPB区,居里温度下材料的介电损耗出现突然下降;在T相M相共存区,相变变得弥散化。对于在T相区的LL:BT陶瓷,[002]与[200]衍射峰的峰强比与晶格常数a（b）和c的变化说明Li+与La3+离子倾向于沿着[001]方向择优排列,以Li+-La3+离子对的形式分布。当掺杂量为0.6 mol%时LL:BT陶瓷获得了最优异的压电性能(d33=246p C/N,Qm=570)。对LL:BT陶瓷施加了电场热处理,进一步改善了LL:BT陶瓷的压电性能,并大幅提高了材料的温度稳定性。电场热处理后,0.6 mol%的LL:BT陶瓷获得了优异的压电常数(d33=276 p C/N)与机械品质因数（Qm=2010）,并且具有非常优异的温度稳定性,与其它体系ABO3型压电陶瓷相比具有优异的综合性能,对于无铅压电陶瓷在大功率压电器件中的应用具有积极的意义。对于LB:BT陶瓷,Li+-B3+共掺杂显著地提高了材料的压电性能。当掺杂含量为1.0 mol%时,材料获得了最佳的压电性能,包括大的场致应变（0.26%）、小的滞后（13.7%）、大的大信号压电常数（460 pm/V）与电致伸缩系数（0.067 m4/C2）。电场热处理进一步提高了材料的压电性能。相比于其它体系,经过30 k V/cm、200℃的面内方向的电场热处理后,1.0 mol%的LB:BT陶瓷获得了极佳的综合性能,包括极大的场致应变（0.42%）、大信号压电系数（860 pm/V）、电致伸缩系数（0.105 m4/C2）与极小的滞后（9%）以及非常优异的温度稳定性,这为无铅压电陶瓷在驱动器领域中的应用有重要的意义。分析了电场热处理提高压电性能的机制,研究发现电场热处理促进了掺杂离子成对,减小了离散分布的受主/施主离子的浓度,并减少了氧空位与阳离子空位的产生;电场热处理使离子对沿外加电场方向排列,并形成了自建电场。离子对附近产生的低对称结构与大晶格畸变使缺陷偶极矩（PD）和铁电自发极化（PS）可以发生旋转。对于面内方向电场热处理后的样品,对材料施加电场时,外加电场对沿着面内方向排布的PD施加了较大的力矩,使其向外加电场方向旋转,从而使材料具备极大的、可恢复的场致应变。
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