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摻鉀對PMN基陶瓷有序微區及介電和電致伸縮性能的影響

時間:2017-06-30  來源:本網  瀏覽次數:1602

双色球出号规律表 www.fqhmg.icu   屈紹波1,2,楊祖培3,高峰3,薛錦、田長生3(1西安交通大學,西安710049;2空軍工程大學,西安710038;預燒粉體和陶瓷試樣相組成的影響,在此基礎上詳細研究了摻鉀對PMN基陶瓷有序微區、介電和電致伸縮性能的影響規律摻鉀對PMN基預燒粉體和陶瓷的相組成影響很??;理論計算和Raman散射光譜分析都表明摻鉀使PMN基陶瓷的有序微區的尺寸稍微減??;摻鉀也小幅度地減小了PMN基陶瓷的介電和電致伸縮性能,最后分析了摻鉀降低介電和電致伸縮性能的原因(MgmNb)O3;摻鉀;有序微區;介電性能;電致伸縮的有序微區1但是有關有序微區i對介性能lie尤其ishir Pb(Mg1/3Nk/3)O3(簡稱PMN)是一類非常重要的弛豫鐵電體,。Chen等人首先通過摻鑭證明了在PMN中存在著非化學計量比的1:1有序微區;A.D.Hilton等人對PMN在970°C下進行了長達一周的退火,發現有序微區尺寸并沒有明顯增長,進一步證明了PMN中確實存在著1:1結構的有序微區眾多雖然公認在PMN中存在著不同于整體化學計量比的1:1結構是有序微區對電致伸縮性能的影響研究還沒有報道O3和PbTiO3(簡稱為PT)所形成的固溶體Q 80PMN-.20PT(簡稱PMN基陶瓷)為研究對象,研究鉀離子對PMN基陶瓷有序微區的影響,以及有序微區尺寸的變化對其介電和電致伸縮性能的影響,期望能加深對弛豫鐵電體的介電和電致伸縮響應的微觀機制的理解,并為材料的設計提供一定的實驗依據。

  1實驗方法摻鉀對PMN基陶瓷有序微區及介電和電致伸縮性能的影響區和猜-基體中的電荷不不加抑制有丨序微區趾丨!區內負電荷和有序區外層正電荷平衡。bookmark2 1莧峰對應于Nb-O"Nb鍵;1峰對應于Mg-OMg鍵由可以看出,不論是標準試樣PMNK0還是摻鉀2%試樣PMNK2,波數792cm-1左右的散射峰對應的Nb-OMg鍵的強度要遠遠大于波數在560cm-1寬峰所對應的Nb-pNb鍵的強度,也就是說Nb-O"Mg鍵的數目要遠遠多于Nb~O"Nb鍵的數目,這進一步證明了在PMN基陶瓷中確實存在著非化學計量比的1:1有序微區經計算發現,沒有摻鉀的標準陶瓷試樣PMNK0的Raman散射光譜中,對應于Nb~OMg鍵的1寬峰的相對強度之比為246,而摻鉀2%的試樣PMNK2相應峰的相對強度之比為2.43,因此,摻鉀使PMN基陶瓷中1:1有序微區尺寸減小了。曾報道,摻鑭使PMN基陶瓷有序微區的尺寸急劇擴張,摻鈉使有序微區尺寸減小,這里在PMN基陶瓷中進行的摻鉀實驗和報道的結果是一致的,摻鉀使PMN基陶瓷有序微區尺寸稍微減小。

  為簡單計,設有序微區的形狀為立方體,其邊長為L,在帶負電的有序微區外圍包圍著帶正電的(PbNbO+層,若摻入的鉀離子濃度為x%,當有序則摻鉀后的有序微區尺寸為:0.02,代入(2)式,若鈣鈦礦晶格常數取0.4nm,可得有序微區的尺寸大小為4.6nm,計算的未摻雜PMN基陶瓷的有序微區尺寸大約在4.8nm即使摻鉀量較大時,摻鉀使有序微區尺寸的下降也很小,摻鉀使剩余鈮離子減少,因而抑制了焦綠石相的產生,穩定了鈣鈦礦相結構,這和相組成的分析結果完全一致另外,摻鉀屬于受主摻雜,由于鉀離子在A位取代鉛離子會產生負電荷,因此鉀離子不會在PMN基陶瓷有序微區和無序基體中平均分布,而是更優先地居于無序基體中,也就是說,鉀離子在有序微區中的濃度要遠遠低于其在無序基體中的濃度再考慮到鉀離子的濃度分布不均勻后,很顯然,利用公式(2)計算出摻鉀觀的PMN基陶瓷有序微區的尺寸還要比4.6nm大一些,即摻鉀試樣和標準試樣的有序微區的尺寸更加接近,摻鉀使有序微區尺寸的下降幅度更加點:首先,摻鉀引起PMN基陶瓷中有序微區尺寸減小,亦即“有效有序微區”尺寸減小,而“有效有序微區”在介電響應過程中是居于主導地位的,“有效有序微區”尺寸的減小必然引起相變彌散度增加、介電常數降低;其次,鉀離子在A位取代鉛離子使鐵電活性的氧八面體之間的極化耦合減弱,因而降低了介電常數、增加了相變彌散度,同時較大半徑的鉀離子擠壓了B位離子的活動空間,使鐵電活性的鈮離子的位移下降,也是引起介電性能降低的一個原因;最后,摻鉀引起的微量焦綠石相也部分地降低了介電常數、增大了相變彌散度由同樣可以看到,摻鉀雖然使介電常數減小,但是減小的幅度非常有限,例如,標準試樣和摻鉀1%,2%和5%的試樣的最大介電常數分別為23079,22523,20685,17844理論估算和Raman光譜測試結果都表明摻鉀使有序微區尺寸的下降很小。

  同時,鉀離子在有序微區和無序基體中不是平均分布的,而是更優先地占據無序基體,即有序微區中具有非常低的鉀離子濃度,因而A位的鉀離子對有序微區的分隔非常有限,因此摻鉀前后“有效有序微區”的尺寸變化非常小,故摻鉀后介電性能只是稍微下降最后,摻鉀對PMN基陶瓷相組成的影響非常有限,摻鉀基本上沒有改變陶瓷的鈣鈦礦相結構,有害于介電性能的第二相在陶瓷中的含量極其微小,這也是陶瓷介電性能下降不多的原因之一。

  4摻鉀對PMN基陶瓷電致伸縮的影響20PT陶瓷電致伸縮性能的影響,摻鉀使PMN基陶瓷電致伸縮性能有所下降,但是下降的幅度非常有限。

  介電常數2下降C導致這種現象的原因歸結結為如下也趾唪介電常數減小所導致的。其次4鉀使AM入了bookmark3摻鉀使PMN基陶瓷電致伸縮稍微減小,這主要是摻鉀使PMN基陶瓷有序微區尺寸稍微減小,進而非鉛的鉀離子,它進一步使鐵電活性的氧八面體之間的耦合強度下降,使電致伸縮減小。最后,較大半徑的鉀離子擠壓了B位離子的活動空間,使鐵電活性的鈮離子的位移下降和自發極化減小,這也是引起電致伸縮性能降低的一個原因但是,摻鉀使PMN基陶瓷電致伸縮減小的幅度非常有限,在20°C,1. /m的測試條件下進行的測量表明,未摻雜的標準試樣的電致伸縮為0.85<1CT3,摻鉀,3%和5%的試樣的電致伸縮分別減小為0.陶瓷電致伸縮性能的影響3結論20PT預燒粉體和陶瓷試樣的相組成的影響很小。摻鉀量小于2%時,預燒粉體和陶瓷試樣都依然保持為百分之百的鈣鈦礦相結構;直到摻鉀量增加到5%時,預燒粉體和陶瓷中才分別出現了1.%和0.9%的焦綠石相。

  理論計算和Raman散射光譜實驗都表明摻鉀使PMN基陶瓷有序微區尺寸稍微減小。

  摻鉀使PMN基陶瓷介電常數下降,但是其減小的幅度較小,標準試樣和摻鉀,2%,5%的試樣的最大介電常數分別為23079,22523,20685,17844介電常數減小的原因主要歸結為“有效有序微區”尺寸的減小以及A位鉀離子使鐵電活性的氧八面體之間的極化耦合減弱。

  摻鉀使PMN基陶瓷電致伸縮稍微減小,在

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