batio3单晶的畴变和裂纹扩展的原位研究

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1、论文题目：BaTiO3单晶的畴变和裂纹扩展的原位研究学号：_________________________B20040176作者：_________________________姜冰专业名称：_________________________材料物理与化学2008年12月28日北京科技大学博士学位论文BaTiO3单晶的畴变和裂纹扩展的原位研究论文题目：作者：_______________姜冰__________指导教师：乔利杰教授单位：北京科技大学指导小组成员：单位：单位：论文提交日期：2008年12月28日学位授予单位：北京科技大学BaTiO3单晶的畴变和裂纹扩展的原位研究In-

2、situresearchondomainswitchingbehaviorandcrackpropagationinBaTiO3singlecrystal研究生姓名：姜冰指导教师姓名：乔利杰北京科技大学材料科学与工程学院北京100083，中国DoctorDegreeCandidate：JiangBingSupervisor：QiaoLijieSchoolofMaterialScienceandEngineeringUniversityofScienceandTechnologyBeijing30XueyuanRoad，HaidianDistrictBeijing100083，P.R.C

3、HINA北京科技大学博士学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得北京科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。签名：___________日期：____________关于论文使用授权的说明本人完全了解北京科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印

4、、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵循此规定）签名：___________导师签名：___________日期：____________I北京科技大学博士学位论文摘要铁电材料在使用过程中可能存在三个损伤因素，即应力（包括内应力）、电场和环境（氢、湿度等）。铁电材料在这些因素单独或耦合的作用下可以发生畴转，同时也可能使器件在服役中发生断裂。到目前为止，铁电材料的裂纹扩展和畴变的关系尚不清楚，环境和外场耦合下的畴变行为也是一个新的研究领域。本文主要研究了外场和湿度环境耦合作用下BaTiO3单晶的畴转行为；在外场作用下BaTiO3单晶的裂纹扩展和畴变的相关性；反平行电场作用

5、下电畴翻转的过程；BaTiO3单晶不同畴的弹性模量和硬度，以及氢对弹性模量和硬度的影响。本文所获得的创新性成果如下：研究了湿度和外场耦合作用下BaTiO3单晶的畴转过程。发现在恒电场或恒应力作用下，干空气对畴转没有影响，但湿空气能促进a畴向c畴的转变，抑制c畴向a畴的转变，而对a-b畴变没有影响；在湿空气条件下，裂尖周围的a-c畴变可抑制裂纹的滞后扩展；该研究为BaTiO3单晶的滞后开裂现象提供了很好的理论解释。观察到了裂纹扩展过程中裂尖周围的畴变过程。发现裂纹扩展与畴变总伴随出现；在单纯的力场作用下，裂尖出现畴变带以松弛应力，畴变发生在裂纹扩展之前；在单纯的电场作用下，畴变的不协调应

6、变引起了电致裂纹及其扩展；在力电耦合条件下，裂纹扩展的临界场强显著降低，裂纹扩展和畴变孰前孰后决定于外加驱动力的大小，低电场下裂尖和畴带同时前进，在高电场下，裂纹扩展在前，畴变在后。直接观察到了反平行电场作用下180º畴转可以由两步的90º畴转完成。在低于矫顽场时，只有部分畴发生90º畴转；在等于矫顽场时，电畴可通过完整的两步90º畴转完成180º的极化翻转；在高于矫顽场时，一部分畴发生两步90º转动，另一部分畴直接发生180º翻转；该研究为180º畴变理论提供了直接的实验依据。对a畴和c畴的弹性模量和硬度进行了研究，发现a畴的模量和硬度均高于c畴，充氢之后a畴和c畴的模量和硬度均有所

7、下降，但a畴的模量和硬度仍高于c畴，除氢之后关键词：BaTiO3单晶，畴变，裂纹扩展，湿度环境，氢II北京科技大学博士学位论文模量和硬度均能恢复。该研究揭示了畴结构和氢对BaTiO3单晶的本征力学参数的影响。In-situresearchondomainswitchingbehaviorandcrackpropagationinBaTiO3singlecrystalAbstractStress,electricfieldandenvironme