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压电材料中缺陷偶极子特性的研究进展 被引量:10
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作者 杜刚 梁瑞虹 +3 位作者 李涛 卢晓蓉 王根水 董显林 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期123-130,共8页
压电材料通过受主掺杂或烧结挥发等可以形成缺陷偶极子,缺陷偶极子对材料的性能有显著的影响。本文综述了压电材料中缺陷偶极子的产生及其在外场下的响应机理,同时,从缺陷偶极子运动的角度分析了压电材料中老化、电滞回线异常及电致形... 压电材料通过受主掺杂或烧结挥发等可以形成缺陷偶极子,缺陷偶极子对材料的性能有显著的影响。本文综述了压电材料中缺陷偶极子的产生及其在外场下的响应机理,同时,从缺陷偶极子运动的角度分析了压电材料中老化、电滞回线异常及电致形状记忆效应等现象的起源,简要分析了偶极子弛豫现象,并对未来发展高可靠性压电驱动器的研究作了展望。 展开更多
关键词 压电材料 缺陷偶极子 束腰电滞回线 对称一致性原理 综述
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缺陷偶极子调控铅基钙钛矿压电陶瓷性能的研究进展 被引量:3
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作者 唐明响 陈良 +3 位作者 祁核 孙胜东 刘辉 陈骏 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期62-67,共6页
压电陶瓷作为一种可以实现机械能和电能之间相互转换的功能陶瓷材料,广泛应用于传感器、制动器、超声换能器、医学超声成像及发动机燃油喷射系统等领域。在压电陶瓷中,元素掺杂可以有效调控陶瓷的电学性能,伴随掺杂而产生的缺陷偶极子... 压电陶瓷作为一种可以实现机械能和电能之间相互转换的功能陶瓷材料,广泛应用于传感器、制动器、超声换能器、医学超声成像及发动机燃油喷射系统等领域。在压电陶瓷中,元素掺杂可以有效调控陶瓷的电学性能,伴随掺杂而产生的缺陷偶极子对压电陶瓷性能有着显著而独特的影响。因此研究缺陷偶极子对压电陶瓷性能的调控机理,有助于理解压电陶瓷诸多物理现象的内在成因,譬如老化、疲劳等。通过元素掺杂引入的氧空位会导致钙钛矿结构的压电陶瓷产生缺陷偶极子,而缺陷偶极子与自发极化之间的耦合效应会影响陶瓷的铁电响应行为,从而使得压电陶瓷出现束腰电滞回线和偏移电滞回线等特征。另外由于陶瓷中氧空位的扩散速率很低,使得缺陷偶极子极化方向趋于稳定,进而抑制极化旋转和限制畴壁运动,有助于提高压电陶瓷的机械品质因数。尽管有大量研究通过缺陷偶极子调控压电陶瓷的宏观性能使其能够满足不同的应用需求,然而由于压电陶瓷为多晶材料,其内部晶粒取向各异且存在复杂的铁电畴结构,压电陶瓷中缺陷偶极子在形成过程中的微观机理与其具体形态以及缺陷偶极子对压电陶瓷性能的具体作用机理仍有待深入研究。此外,压电陶瓷在高驱动场下的高功率特性对机电设备的实际设计具有重要意义,因此缺陷偶极子对压电陶瓷高功率特性的影响也值得关注。本文从氧空位诱导缺陷偶极子的形成及其表征手段、缺陷偶极子对铅基压电陶瓷电滞回线的影响和不同受主掺杂对铅基压电陶瓷机械品质因数的影响出发,论述了缺陷偶极子与压电陶瓷自发极化耦合效应引发的偏移和束腰奇异电滞回线特征,揭示了缺陷偶极子主要通过抑制极化旋转和限制畴壁运动提高机械品质因数的机理。然而关于缺陷偶极子的形态、与非四方相间的耦合 展开更多
关键词 铅基压电陶瓷 氧空位 缺陷偶极子 电滞回线 机械品质因数
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Ba_(0.98)Bi_(0.02)(Ti_(0.9)Zr_(0.1))_(1-x)Cu_xO_3陶瓷的介电性能、弛豫行为与结晶化学特性 被引量:2
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作者 彭勇 丁士华 +3 位作者 宋天秀 王久石 徐琴 吴小亮 《无机化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1400-1406,共7页
采用固相合成法,Bi3+作施主掺杂A位,Cu2+作受主掺杂B位,制备了Ba0.98Bi0.02(Ti0.9Zr0.1)1-xCuxO3(x=0,0.01,0.02,0.03)陶瓷样品。借助XRD、LCR等研究了该陶瓷的结构与介电性能。结果表明:当x=0.03时,陶瓷样品出现第二相。通过GULP模拟,... 采用固相合成法,Bi3+作施主掺杂A位,Cu2+作受主掺杂B位,制备了Ba0.98Bi0.02(Ti0.9Zr0.1)1-xCuxO3(x=0,0.01,0.02,0.03)陶瓷样品。借助XRD、LCR等研究了该陶瓷的结构与介电性能。结果表明:当x=0.03时,陶瓷样品出现第二相。通过GULP模拟,缺陷偶极子的稳定性从低到高依次为:[2BiBa.+VBa″]、[2BiBa.+CuTi/Zr″]、[CuTi/Zr″+VO..],结合实验可知:介电弛豫程度与晶体中缺陷偶极子的存在形式相关,其中x=0.01时,晶体中以[2BiBa.+CuTi/Zr″]为主。随Cu2+掺杂量的增加,介电常数增加,介电常数与B位键价和呈反比变化、与八面体BO6的体积呈正比变化。 展开更多
关键词 BA0 98Bi0 02(Ti0 9Zr0 1) 1-xCuxO3陶瓷 介电弛豫 缺陷偶极子 结晶化学
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Mn掺杂对KNbO3和(K0.5Na0.5)NbO3无铅钙钛矿陶瓷铁电压电性能的影响 被引量:2
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作者 徐泽 娄路遥 +8 位作者 赵纯林 汤浩正 刘亦轩 李昭 齐晓梅 张波萍 李敬锋 龚文 王轲 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期184-192,共9页
(K0.5Na0.5)NbO3基无铅压电陶瓷具有出色的综合铁电压电性能,已经初步满足了部分实际应用场景的需求.近期的研究发现,某些元素的掺杂对优化(K0.5Na0.5)NbO3基陶瓷的机电耦合性能起着至关重要的作用.本文将MnO2添加到KNbO3和(K0.5Na0.5)N... (K0.5Na0.5)NbO3基无铅压电陶瓷具有出色的综合铁电压电性能,已经初步满足了部分实际应用场景的需求.近期的研究发现,某些元素的掺杂对优化(K0.5Na0.5)NbO3基陶瓷的机电耦合性能起着至关重要的作用.本文将MnO2添加到KNbO3和(K0.5Na0.5)NbO3两种压电陶瓷中,对比研究了Mn掺杂对两种陶瓷微观结构和宏观电学性能的不同影响,分析了造成这些差异的微观物理机理.实验结果表明,掺杂后的两种陶瓷中均存在Mn2+.Mn掺杂会使KNbO3陶瓷的铁电畴尺寸减小、居里温度降低、拉曼光谱中的振动峰宽化、相变过程变得弥散,并呈现出束腰电滞回线和可回复的双极场致应变曲线;在(K0.5Na0.5)NbO3陶瓷中掺杂Mn后,其性能变化却显著不同,陶瓷的铁电畴尺寸无明显变化、居里温度未发生变化、拉曼光谱中的振动峰未发生宽化,呈现出饱和的矩形电滞回线和不可回复的双极场致应变曲线.这可能是因为,(K0.5Na0.5)NbO3陶瓷相比KNbO3陶瓷具有更大的离子无序度和晶格畸变,从而使得Mn掺杂所产生的影响相对减小. 展开更多
关键词 铌酸钾 铌酸钾钠 缺陷偶极子 锰掺杂
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MoO_3掺杂对BiNbO_4陶瓷微波介电性能的影响 被引量:1
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作者 毛羽 丁士华 +1 位作者 张良莹 姚熹 《电子元件与材料》 CAS CSCD 北大核心 2005年第6期12-14,共3页
采用固相反应法,研究了MoO3掺杂对BiNbO4陶瓷微结构、烧结特性和微波介电性能的影响。对相对介电常数εr和品质因数Q随烧结温度的变化以及谐振频率温度系数随MoO3掺杂量的变化也进行了研究。MoO3的掺杂量x低于0.05时,实现了BiNbO4陶瓷在... 采用固相反应法,研究了MoO3掺杂对BiNbO4陶瓷微结构、烧结特性和微波介电性能的影响。对相对介电常数εr和品质因数Q随烧结温度的变化以及谐振频率温度系数随MoO3掺杂量的变化也进行了研究。MoO3的掺杂量x低于0.05时,实现了BiNbO4陶瓷在970℃以下的低温烧结,并且相转变温度也降低了约60℃。通过对εr以及介质损耗随温度的变化特性的研究,证实了缺陷偶极子对材料介电性能的影响。 展开更多
关键词 无机非金属材料 微波介质陶瓷 介电性能 掺杂 缺陷偶极子
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Nb掺杂对BaTi_(0.98)Fe_(0.02)O_3陶瓷介电性能的影响 被引量:2
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作者 李常昊 丁士华 +2 位作者 张晓云 宋天秀 黄龙 《电子元件与材料》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期6-12,共7页
以Ba Ti_(0.98)Fe_(0.02)O_3陶瓷为基体,采用传统固相反应法制备Ba Ti_(0.98-x)Fe_(0.02)Nb_xO_3(0≤x≤0.08)陶瓷样品。通过XRD、SEM、LCR分析仪以及GULP软件对陶瓷样品的结构、介电性能以及缺陷构型和能量进行了分析。结果表明:Nb掺... 以Ba Ti_(0.98)Fe_(0.02)O_3陶瓷为基体,采用传统固相反应法制备Ba Ti_(0.98-x)Fe_(0.02)Nb_xO_3(0≤x≤0.08)陶瓷样品。通过XRD、SEM、LCR分析仪以及GULP软件对陶瓷样品的结构、介电性能以及缺陷构型和能量进行了分析。结果表明:Nb掺杂使陶瓷样品由四方相和六方相钛酸钡并存向四方相钛酸钡转变,出现第二相Ba_6Ti_(17)O_(40),Nb掺杂量未超过0.02时,陶瓷样品四方率增大;Nb掺杂一定程度上有细化晶粒的作用;介电峰峰值温度(T_m)随着Nb掺杂量的增大向低温方向移动,介电常数先增大后减小,当Nb掺杂量超过0.04时出现弛豫现象;通过分子动力学缺陷模拟表明陶瓷样品中主要存在的缺陷是钡空位、氧空位以及异价离子占位等形成的复合缺陷,随Nb掺杂量的增大,陶瓷样品中缺陷偶极子浓度逐渐增大,极性纳米微区(PNRs)逐渐增多,弛豫程度增大。 展开更多
关键词 BaTiO_3陶瓷 Nb掺杂 固相反应 介电性能 缺陷偶极子 弛豫铁电体
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Ba_(0.98)Bi_(0.02)(Ti_(0.9)Zr_(0.1))_(1-x)Co_xO_3陶瓷的介电性能及弛豫特性研究 被引量:1
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作者 曾卓玮 丁士华 +2 位作者 宋天秀 张倩 钟祥清 《西华大学学报(自然科学版)》 CAS 2014年第2期7-10,26,共5页
采用固相反应法通过施受主共掺的方式制备Ba0.98Bi0.02(Ti0.9Zr0.1)1-xCoxO3(x=0.005,0.01,0.015,0.02)陶瓷,通过XRD和LCR表征样品的相结构和介电性能。结果表明:在所掺杂溶度范围内,陶瓷样品未出现第二相;x=0.02时样品仅表现出弥散相... 采用固相反应法通过施受主共掺的方式制备Ba0.98Bi0.02(Ti0.9Zr0.1)1-xCoxO3(x=0.005,0.01,0.015,0.02)陶瓷,通过XRD和LCR表征样品的相结构和介电性能。结果表明:在所掺杂溶度范围内,陶瓷样品未出现第二相;x=0.02时样品仅表现出弥散相变铁电体的特征,晶体中缺陷偶极子以[Bi·Ba-Co'Ti/Zr]为主,晶体中缺陷偶极子的存在形式与介电弛豫程度相关;样品结晶化学特性说明B位离子键价与其介电常数存在反比例关系。 展开更多
关键词 BA0 98Bi0 02(Ti0 9Zr0 1)1-xCoxO3 陶瓷 介电弛豫 缺陷偶极子
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Nb掺杂对BaTi_(0.96)Al_(0.04)O_3陶瓷介电性能的影响 被引量:1
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作者 刘杨琼 丁士华 +2 位作者 宋天秀 张瑶 蒋旭峰 《电子元件与材料》 CAS CSCD 2016年第7期7-11,共5页
为探究Al-Nb共掺对BaTiO_3介电性能的影响及其掺杂机制,以Ba Ti_(0.96)Al_(0.04)O_3为基础配方,通过传统的固相反应法制得BaAl_(0.04)Ti_(0.96-x)Nb_xO_3(0≤x≤0.08)陶瓷样品,并通过XRD、LCR分析仪和Gulp软件来对样品的结构、介电性能... 为探究Al-Nb共掺对BaTiO_3介电性能的影响及其掺杂机制,以Ba Ti_(0.96)Al_(0.04)O_3为基础配方,通过传统的固相反应法制得BaAl_(0.04)Ti_(0.96-x)Nb_xO_3(0≤x≤0.08)陶瓷样品,并通过XRD、LCR分析仪和Gulp软件来对样品的结构、介电性能进行分析。结果表明:当x≥0.03时陶瓷样品中出现第二相;随着Nb^(5+)含量的增加,陶瓷从传统的铁电体转变成弛豫铁电体,介电峰值温度(Tm)向低温方向移动,且当x≤0.01时介电常数增大,当x≥0.02时介电常数减小;通过Gulp模拟分析得出晶体中钡空位补偿机制优先发生,可能伴有少量钛空位补偿,主要存在的缺陷簇是[2Nb_(Ti)~·-V_(Ba)~"]。 展开更多
关键词 BATIO3 介电性能 固相反应 弛豫铁电体 缺陷偶极子 Gulp代码
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Bi掺杂SrTiO_3陶瓷缺陷结构模拟及介电性能研究
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作者 肖鹏 丁士华 +3 位作者 胡龙虎 彭小松 张瑶 刘杨琼 《西华大学学报(自然科学版)》 CAS 2017年第2期43-49,共7页
采用固相反应制备Sr_(1-x)Bi_xTiO_3陶瓷,研究Bi掺杂对SrTiO_3的介电性能、缺陷结构及缺陷偶极子的影响。通过X线衍射(XRD)分析其物相结构,表明在掺杂浓度范围内均未出现第二相。通过GULP模拟,得到Sr_(1-x)Bi_xTiO_3中可稳定存在的缺陷... 采用固相反应制备Sr_(1-x)Bi_xTiO_3陶瓷,研究Bi掺杂对SrTiO_3的介电性能、缺陷结构及缺陷偶极子的影响。通过X线衍射(XRD)分析其物相结构,表明在掺杂浓度范围内均未出现第二相。通过GULP模拟,得到Sr_(1-x)Bi_xTiO_3中可稳定存在的缺陷偶极子有[2Bi_(Sr)~·+V_(Sr)″]、[V_O^(··)+V_(Sr)″]、[2V_O^(··)+V_(Ti)″″]和[V_O^(··)+2 Ti_(Ti)']。各组掺杂陶瓷样品的弛豫特性均满足Arrhenius定律,这是弛豫受热激发所致,随着Bi掺杂量的增加弛豫激活能增加,弛豫度减小。 展开更多
关键词 SBT陶瓷 介电性能 极化机制 缺陷偶极子 GULP模拟
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Electrical analysis of inter-growth structured Bi_4Ti_3O_(12)-Na_(0.5)Bi_(4.5)Ti_4O_(15) ceramics 被引量:1
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作者 江向平 江亚林 +3 位作者 江兴安 陈超 涂娜 陈云婧 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第7期386-392,共7页
Inter-growth bismuth layer-structured ferroelectrics(BLSFs), Bi_4Ti_3O_(12)-Na_(0.5)Bi_(4.5)Ti_4O_(15)(BIT-NBT), were successfully synthesized using the traditional solid-state reaction method. X-ray diffr... Inter-growth bismuth layer-structured ferroelectrics(BLSFs), Bi_4Ti_3O_(12)-Na_(0.5)Bi_(4.5)Ti_4O_(15)(BIT-NBT), were successfully synthesized using the traditional solid-state reaction method. X-ray diffraction(XRD) Rietveld refinements were conducted using GSAS software. Good agreement and low residual are obtained. The XRD diffraction peaks can be well indexed into I2 cm space group. The inter-growth structure was further observed in the high-resolution TEM image. Dielectric and impedance properties were measured and systematically analyzed. At the temperature range 763-923 K(below T_c), doubly ionized oxygen vacancies(OVs) are localized and the short-range hopping leads to the relaxation processes with an activation energy of 0.79-1.01 eV. Above T_c, the doubly charged OVs are delocalized and become free ones, which contribute to the long-range dc conduction. The reduction in relaxation species gives rise to a higher relaxation activation energy ~ 1.6 eV. 展开更多
关键词 Bi4Ti3O12-Na0.5Bi4.5Ti4O15 impedance spectroscopy oxygen vacancies-related defect dipoles electrical analysis
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(Nb,Al)共掺BaTiO_3陶瓷的巨介电及介电弛豫现象(英文) 被引量:1
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作者 黄栋 吴颖 +2 位作者 苗纪远 刘志甫 李永祥 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期219-224,共6页
(Nb,Al)共掺的BaTiO_3陶瓷(BaTi_(0.98)(Nb_(0.5)Al_(0.5))_(0.02)O_3)表现出巨介电现象,介电常数可以达到3×105,介电损耗为0.2。在10^(-1)~10~7 Hz范围内,观察到三种介电弛豫现象,并分别对其进行了分析。低频段(10^(-1)~10 Hz)和... (Nb,Al)共掺的BaTiO_3陶瓷(BaTi_(0.98)(Nb_(0.5)Al_(0.5))_(0.02)O_3)表现出巨介电现象,介电常数可以达到3×105,介电损耗为0.2。在10^(-1)~10~7 Hz范围内,观察到三种介电弛豫现象,并分别对其进行了分析。低频段(10^(-1)~10 Hz)和中频段(10~3~10~5 Hz)属于非德拜弛豫,分别是由于Maxwell-Wagner电极界面极化和晶界层电容器效应引起的;相反,高频段(10~5~10~7 Hz)属于德拜弛豫,通过阿伦尼乌斯公式的拟合,得到其激活能E=15 meV和频率因子f_0=7×10~6Hz。较小的激活能和频率因子表明其弛豫过程可能来源于复杂缺陷团簇中的电子的局域运动,被称为钉扎电子–缺陷偶极子效应。本研究显示钉扎电子–缺陷偶极子效应可以作为设计新型巨介电钙钛矿材料的依据。 展开更多
关键词 (Nb Al)共掺 钙钛矿 巨介电常数 钉扎电子–缺陷偶极子
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