铌酸钾钠压电厚膜的制备研究

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1、分类号UDC密级⋯公⋯五舅毋庐夕擎硕士研究生学位论文铌酸钾钠压电厚膜的制备研究申请人：学号：培养单位：学科专业：研究方向：指导教师：完成日期：张广浩2111274电子工程学院微电子学与固体电子学功能材料与器件刘红梅副教授2014年3月27日一＼删iii宣宣iiiiiiiiiiiiii宣ii置置iiiii葺皇iiiii宣iiiiii置暑i暑i宣誊¨-m删㈣I¨ⅢI¨II唧m⋯mII¨mI中文摘要压电材料是应用材料领域内一种重要的功能材料，自19世界80年代在石英晶体上发现压电效应以来，就得到了全世界学者的广泛关

2、注，并对它进行了深入的研究与开发。它能够实现能量在机械能与电能之间的相互转换，在很多的技术领域都有着重要的应用，如：换能器、传感器、无损检测、生物技术领域等。在电子材料领域，压电材料也占据着相当大的比重。近些年来，压电材料每年在全球的销量也都在呈现着大幅度的增长。传统的压电材料，主要以铅基为基础，这种压电材料虽然具有良好的压电性能，但是却因为其中含有大量的铅，使得其对环境和人类健康都有很大的危害。近些年，环境问题日益加剧，全球各个国家都开始更加关注环境问题，在这个契机之下，无铅压电材料的开发与研究也就成为了一

3、种必然的发展趋势，其中，铌酸钾钠基无铅压电材料因其优良的性能，使得关于它的研究慢慢的成为了研究人员关注的重点。本论文首先采用溶胶．凝胶法，利用自制的氢氧化铌充当铌源，碳酸钾、碳酸钠作为钾源和钠源。再在柠檬酸，乙二醇的作用下，通过溶胶凝胶体系的络合作用，并以单晶硅切片为基底，制备出优良性能的KNN无铅压电薄膜，并对体系进行了一系列的探索性研究。由于单层KNN薄膜的压电性能非常差，所以提高薄膜的厚度就成为决定性能的一个关键要素，本课题的重要特色就是通过交替O．3复合法，重复镀膜，从而在提高Ⅺ州薄膜厚度的前提下，来

4、提高薄膜的其它各项性能指标。本论文首先介绍了压电材料的发展历史、各项性能参数、以及无铅压电材料的发展趋势和现状。其中着重对发展趋势进行了分析。接下来的主要内容包括制备KNN无铅压电薄膜所需原材料的选取、利用溶胶凝胶法对薄膜的制备、各种中间产物的测试、反应条件的确定等。并通过各项分析多得出的结果和结论，最终确定各种反应条件对整个体系的影响作用。黑龙江大学硕士学位论文最后采用溶胶．凝胶法制备了KNN体系的无铅压电薄膜，通过交替0．3复合法增加了薄膜的厚度。在薄膜中相应的进行了Nb／Ti掺杂，通过掺杂实现了对薄膜致

5、密性的增强。实验中，通过各种不同的掺杂比例，制备出不同形貌和性能的KNN薄膜，最后对制各出的不同性能的KNN薄膜进行研究，总结出Nb／Ti的掺杂确实能对l心N无铅压电薄膜的致密性和压电性产生影响，随着掺杂量的不同，所制备的薄膜的压电性和致密性也随之不同。关键词：无铅压电材料KNN溶胶一凝胶法交替0．3复合法AbstractPiezoelectricmaterialsinthefieldofapplicationofanimportantfunctionalmaterials，from19intheworldi

6、nthe1980sfoundthatthequartzpiezoelectriceffectsinceitgottheattentionofscholarsaroundtheworld，anditisconductedin-depthresearchanddevelopment．Itenablestheenergyconversionbetweenmechanicalenergyandpower,inmanyareasoftechnologyhasimportantapplications，suchas：tr

7、ansducers，sensors，nondestructivetesting，biotechnologyfields．Inthefieldofelectronicmaterials，piezoelectricmaterialsalsooccupyalargeproportionphase．Inrecentyears，piezoelectricmaterialsarealsosoldintheworldeachyeararepresentedwithsubstantialgrowth．Conventional

8、piezoelectricmaterials，mainlybasedonlead．based，thoughthepiezoelectricmaterialwithgoodpiezoelectricproperties，butbecauseitcontainshighlevelsoflead，makingittotheenvironmentandhumanhealthhavegreatharm．Inr