锆钛酸铅热释电陶瓷的掺杂和性能研究

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1、万方数据分类号—TM—22+lUDC密级公珏博士学位论文锆钛酸铅热释电陶瓷的掺杂和性能研究丰彗lJ而墨学科专业丝堂王苎指导教师匿翅垩数援郭拯班究旦论文答辩日期丝竺：』：兰竺学位授予日期塑!笙：!呈：查里答辩委员会主席墅渔云熬援万方数据广西大学学位论文原创性和使用授权声明㈣川㈣IIII111111111IIIIlY2888247本人声明所呈交的论文，是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得广

2、西大学或其它单位的学位而使用过的材料。与我一同工作的同事对本论文的研究工作所做的贡献均已在论文中作了明确说明。本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属广西大学。本人授权广西大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权保存并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本学位论文属于：口保密，在年解密后适用授权。回不保密。(请在以上相应方框内打“√”)论

3、文作者签名：指导教师签名：作者联系电话：彩馨际拥军．}∞◇

4、；8≥6；。日期：2叨仁、72．／，日期劬，舻．f2．圹电子邮箱：岁‘鲴纷§加@仨2·风万方数据锆钛酸铅热释电陶瓷的掺杂和性能研究摘要热释电材料是现代非制冷红外焦平面阵列发展的关键技术之一，它的性质通常直接决定了红外探测器的性能。锆钛比在95／5附近的一类锆钛酸铅Pb(Zro．95Tio．05)03(PZT95／5)材料，由于具有大的热释电系数p)，较低的介电常数(曲和介质损耗(tan占)等优点，因而成为红外热成像和热释电探测器领域研究的热点之一。

5、与其它材料相比，PZT95／5体系存在一个低温铁电菱方相(FR(m)到高温铁电菱方相(FR(HD)相变，此FR(LT)一F尉HD相变可再现，相变温度远低于材料的居里温度(瓦)，由于相变是发生在两个铁电相之间，因此相变前后材料的8f和tan6变化不大。但PZT95／5材料的缺点是FR(La3一FRrHn相变为一级相变，相变温区窄，有明显的热滞。纯PZT95／5很难烧结致密，且烧结温度过高会引起陶瓷组成物的挥发而导致目标样品的组分偏离化学计量比或是生成反铁电PbZr03(Pz)。在实际应用中还发现PZl95／5

6、陶瓷存在介电损耗大，阻抗较难匹配和热释电系数不足以满足实际需求等问题。因此，对已有材料特性的改进和探索高性能新材料的研究对解决此类问题并进一步发展红外技术具有深远的意义。本论文针对PZT95／5陶瓷材料在制备及应用过程中出现的若干问题，对PZT95／5及其掺杂改性陶瓷的相组成、显微结构和电学性能及其在红外探测器中的应用进行了系统的研究。其主要内容包括以下几个方面：(1)首先在选取铋掺杂含量为1m01％后，系统地研究铌掺杂对Pbo．99Bio．oI(Zro．95R．05)03(PBZT95／5)热释电陶瓷体系

7、相组成和综合电学性能的影响。结果表明，所制备的陶瓷样品由钙钛矿相和PbZr03相组成，Bi203和Nb205的引入并没有改变PZT95／5的钙钛矿相结构，适量Nb掺杂能够改善陶瓷的铁电和热释电性能。随Nb205掺杂量的增多，陶瓷的介电常数增万方数据大、介电损耗总体较低、电滞回线(尸圆逐渐变为“矩形”回线，并趋于饱和；体系热释电系数P和优值(FOM)均呈现出先增大后减小的变化规律。然而，随着Nb：0，掺杂含量的进一步增多，过量掺杂离子聚集在陶瓷晶界，使得材料的铁电性能变差，从而影响了其极化强度的温度变化率，陶

8、瓷的热释电性能变差。当Nb205掺杂量为O．4wt％时，材料在相变点T=37。C时的热释电系数p)为15．6x10-8C·cnl．2．K-1，探测率优值(昂)为12．7x10-5Pa-1彪，具有较好的综合电学性能。(2)少量Nb作为“旌主"掺杂不但能够对富锆PZT95／5的铁电相起到稳定的作用，而且还能增大陶瓷剩余极化强度。为了进一步改善PZT95／5陶瓷的热释电性能，选取Nb205和MnC03分别作为体系的铁电相稳定剂和掺杂剂，开展了Mn掺杂对PbNb·o．02(Zro．95Tio．05)o．9803(P

9、NZT95／5)陶瓷相组成、微观形貌和电学性能影响的研究。结果表明所制备的陶瓷均为单一钙钛矿结构，Mn的加入并没有影响PNZT95／5陶瓷的相组成和均匀致密的微观结构。PNZT95／5陶瓷的电滞回线(p—日在高温和低频测试条件下始终保持典型的“矩形”回线。而Mn掺杂PNZT95／5陶瓷(FNMZT95／5)的p坷回线呈现出一种类似于反铁电陶瓷和老化后的受主掺杂陶瓷的“束腰”形状。电滞回线形状和铁电参数如剩余极化强